微通道内给定壁面热流的气体换热研究

本文利用实施给定热流边界条件的DSMC方法,对短通道内给定壁面热流边界条件下的气体换热情况进行了模拟.结果表明,壁面热流密度增大导致通道内压力分布非线性程度增加.随着热流密度的增大,截面速度分布趋于平缓,滑移速度增大.给定热流密度的通道壁面温度与气流截面平均温度的差值沿程增大,温度梯度沿程下降,气体稀薄性增大时,通道换热减弱.     

梯形带肋内部冷却通道的流动及传热特性

本文将燃气轮机内部冷却通道简化为梯形截面带肋U型通道,采用瞬态热敏液晶技术获得不同雷诺数下通道表面的努塞尔数分布并与RANS和DES数值模拟对比。结果表明,斜置肋片引起的二次流沿程发展导致通道进出口段传热沿程发展,通道截面变化也对传热分布影响较大。DES方法比RANS方法更好地捕捉到了梯形带肋U型通道中的传热分布规律。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

微细圆管内气体流动阻力特性的进一步研究

本文采用短管重现长管中流动状态的方法,实验测量了内径为84．7μm的微细管内气体流动的沿程压力分布。结果表明,当管内气体具有较大的马赫数时,其沿程压力偏离直线分布而下降较快;在层流状态下,与大尺度不可压流动相比,微细管内气体流动具有较大的平均范宁摩擦系数Cf;管径的测试误差为沿程压力测量误差的主要来源。     

冷却水流量对CO2空气源热泵气体冷却器换热性能影响的实验研究

以CO_2为工质,对空气源热泵热水器矩形螺旋套管气体冷却器的换热特性进行实验研究,搭建了空气源热泵热水器实验台,测试分析冷却水流量的变化对冷却水进出口温差、CO_2进出口压力与温度、CO_2质量流量、气体冷却器总换热量、总传热系数及热泵系统COP等参数的影响,探究其对气体冷却器换热性能的变化规律。结果表明:随着冷却水流量的增加,冷却水进出口温差、CO_2进出口压力和温度均呈下降趋势,CO_2质量流量则呈上升趋势;气体冷却器的总换热量增加49.70%,总传热系数增加57.55%,COP增加73.41%,增幅较大;而气体冷却器换热效能系数仅增加1.77%,变化趋势不明显。     

微通道中压力驱动Poiseuille流数值分析

采用26阶矩方程方法对稀薄气体在平板微通道与微圆通道中压力驱动的Poiseuille流动进行数值分析,获得稀薄气体在微通道内的速度分布、压力分布规律。数值分析结果表明:气体压力在微通道中沿主流方向呈非线性分布,且非线性程度随Kn数的增大而减小,分布趋势随Kn数的改变产生微小的变化;随Kn数的增大,微圆通道中气体沿径向速度分布出现双峰现象。研究结果与DSMC方法及格子-Boltzmann方法对比符合较好。     

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采用两相流的流动换热理论,建立二维几何模型,运用FLUENT对稳定入口流速下注入气体的铅铋流动段作了模拟。模拟研究注入气体的体积份额或速度改变对压力和铅铋与注入气体之间换热与影响,得到了不同条件下的温度与压力分布。分析结果发现,体积份额减小,铅铋流体的径向温度分布更加均匀,中心温度更低;随着体积份额的减小,铅铋的总压呈现出一种下降的趋势。注入气体速度不同对铅铋整体的换热影响不大;中心处的动压有较大增加,总压改变甚微。     

粗糙纳通道内流体流动与传热的分子动力学模拟研究

为研究粗糙表面对纳尺度流体流动和传热及其流固界面速度滑移与温度阶跃的影响,本文建立了粗糙纳通道内流体流动和传热耦合过程的分子动力学模型,模拟研究了粗糙通道内流体的微观结构、速度和温度分布、速度滑移和温度阶跃并与光滑通道进行了比较,并分析了固液相互作用强度和壁面刚度对界面处速度滑移和温度阶跃的影响规律. 研究结果表明,在外力作用下,纳通道主流区域的速度分布呈抛物线分布,由于流体流动导致的黏性耗散使得纳通道内的温度分布呈四次方分布. 并且,在固体壁面处存在速度滑移与温度阶跃. 表面粗糙度的存在使得流体剪切流动产生了额外的黏性耗散,使得粗糙纳通道内的流体速度水平小于光滑通道,温度水平高于光滑通道,并且粗糙表面的速度滑移与温度阶跃均小于光滑通道. 另外,固液相互作用强度的增大和壁面刚度的减小均可导致界面处速度滑移和温度阶跃程度降低. 关键词： 速度滑移 温度阶跃 流固界面 粗糙度     

纳米硅通道内滑移现象的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了水在硅通道中的流动现象。通过模拟Couette剪切流动,得到了通道中流体的速度分布,同时考察了壁面吸附气体以及壁面具有纳米结构情况下的流动。模拟表明气体层以及微结构的存在可以改变硅表面的滑移性质,进而可以通过在壁面构造纳米结构以及在通道中充入气体来改变和控制纳米通道中的流体输运。     

三分螺旋折流板换热器壳侧流场温度场模拟

建立了三分螺旋折流板换热器壳侧流动与传热的数学模型,对其流场、温度场和压力场的数值模拟结果在多个纵剖面和横切片上进行了展示。可见在螺旋通道的轴心和靠近壳体的折流板外缘区域局部速度较高,在折流板背流面呈现出有利于强化掺混作用的回流区,流道内几乎没有流动死区;壳侧流体温度为稳步均匀下降趋势,并呈现从圆周的外缘向轴心方向逐渐递减;而压力场则呈现明显的周期性和阶梯性。     

Diffusion-controlled autoignition of hydrogen outflowing into an air-filled channel

The results of a numerical study of the pulsed outflow of hydrogen into an air-filled channel are presented. The adjustable parameters were the initial pressure of hydrogen in the reservoir and the distance from the diaphragm to the ignition point. The pressure, temperature, and water vapor mass fraction profiles along the channel wall at various moments of time were calculated. The autoignition parameters were calculated with account of turbulence, boundary layer formation, heat transfer, and diaphragm opening time. It was demonstrated that the boundary layer effect promotes hydrogen autoignition. The dependence of the distance from the diaphragm to the autoignition point was calculated as a function of the pressure in the reservoir with hydrogen. The simulation results were found to be in close agreement with the available experimental data.     

Features of vapor transfer in the evaporation of liquids from capillaries in an inhomogeneous temperature field

The process of vapor transfer in conditions of linear change in temperature along the channel is considered. The excess pressure of the vapor-gas mixture above the liquid meniscus is calculated as a function of the capillary radius and temperature. Expressions are found for the vapor flux and time of evaporation. It is shown that these expressions are in good agreement with experimental data.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 5, pp. 65–70, May, 1984.     

傅里叶红外光谱法研究GAP/AP混合体系的快速热裂解

用T-Jump/FTIR在线联用分析技术,研究了GAP/AP混合体系在模拟燃烧条件下快速加热高温高压的热裂解。结果表明,GAP/AP混合体系的主要热裂解气相产物的组成发生了变化,说明组分之间存在相互作用。压力对GAP/AP混合体系气相产物有明显的影响,表明混合体系组分GAP和AP之间的相互作用是通过AP分解气相产物进行的,混合体系不但存在气相之间的反应,也存在气相/凝聚相反应。而温度并没有影响AP对GAP的作用。用T-Jump/FTIR在线分析技术能够实现模拟燃烧条件下含能材料实时气体产物分析,为从微观反应的角度探索含能材料的快速高压热裂解及其组分之间的相互作用提供一条技术途径。     

An experimental and numerical investigation of the hetero-/homogeneous combustion of fuel-rich hydrogen/air mixtures over platinum

The hetero-/homogeneous combustion of hydrogen/air mixtures over platinum was investigated experimentally and numerically in a channel-flow configuration at fuel-rich equivalence ratios ranging from 2 to 7, pressures up to 5 bar and wall temperatures 760–1200 K. Experiments involved in situ one-dimensional Raman measurements of major gas-phase species concentrations over the catalyst boundary layer and planar laser induced fluorescence (LIF) of the OH radical, while simulations included an elliptic 2-D model with detailed heterogeneous and homogeneous reaction mechanisms. The employed reaction schemes reproduced the measured catalytic reactant consumption, the onset of homogeneous ignition, and the post-ignition flame shapes at all examined conditions. Although below a critical pressure, which depended on temperature, the intrinsic gas-phase kinetics of hydrogen dictated lower reactivity for the fuel-rich stoichiometries when compared to fuel-lean ones, homogeneous ignition was still more favorable for the rich stoichiometries due to the lower molecular transport of the deficient oxygen reactant that resulted in modest catalytic reactant consumption over the gaseous induction zone. Above the critical pressure, the intrinsic gaseous hydrogen kinetics yielded higher reactivity for the rich stoichiometries, which resulted in vigorous gaseous combustion at pressures up to 5 bar, in contrast to lean stoichiometry studies whereby homogeneous combustion was altogether suppressed above 3 bar. Computations at fuel-rich stoichiometries in practical channel geometries indicated that homogeneous combustion was not of concern for reactor thermal management, since the larger than unity Lewis number of the deficient oxygen reactant confined the flames to the core of the channel, away from the solid walls.     

Variation of measured sound speeds in gaseous and liquid air with temperature and pressure

Based on sound speeds in gaseous and liquid air measured by Younglove and Frederick [Int. J. Thermophys. 13(6), 1033-1041 (1992)], empirical equations for the computation of sound speeds in the above media at relatively smaller temperature and pressure ranges were derived. For gaseous air, over a temperature range from 200 to 300 K and pressure from 0.614 to 10.292 MPa, the maximum deviation between the measured sound speeds and those computed with the empirical equation is 56 ppm. For liquid air, over the ranges from 90 to 110 K for temperature and from 0.763 to 13.823 MPa for pressure, the corresponding deviation is 173 ppm.     

超声速气膜冷却时的光学性能优化设计

高速飞行器在大气层中飞行时，其光学头罩承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热，但是冷却气体和主来流形成的混合层会引起光束退化，影响成像质量。为减少光束退化，优化超声速气膜冷却时的光学性能，基于混合层折射率和压力同时匹配设计思路，提出了两种设计方法，即配置特定温度的冷却气体实现混合层折射率和压力同时匹配设计方法和配置特定组分的冷却气体实现混合层折射率和压力同时匹配设计方法，并对设计方法的可行性和有效性进行了验证。模拟证明，后一种方法在外部流动参数不变的情况下，冷却气体的组分构成仅与其喷流静温有关，为气膜的冷却性能和光学性能同步设计奠定了基础。     

HFC-227ea的维里系数研究

ＨＦＣ－２２７ｅａ是一种有希望的新环保制冷剂,特别是作为混合物中的一种组元用于Ｒ２２和Ｒ５０２的替代,但其热物性数据十分有限。本文使用膨胀定容法高精度地测量了ＨＦＣ－２２７ｅａ的气相ＰＶＴ性质,沿定温线外推确定了其第二和第三维里系数,并与文献值进行了比较;使用截断维里方程,根据本文所确定的维里系数,可以高精度地再现ＨＦＣ－２２７ｅａ的气相区热力性质。     

氟气处理孔洞聚丙烯膜显著改善的电荷存储特性

通过衰减全反射(attenuated total reflection，ATR)红外光谱分析与开路热刺激放电(thermally stimulated discharge，TSD)电流、原位实时电荷TSD和电荷等温衰减的测量，研究了氟气对孔洞聚丙烯(PP)膜的氟化改性及氟化改性对其驻极性能的影响.研究结果表明：尽管在负压状态且较低的氟气分压及较低的反应温度(约60℃)和较短的反应时间(约15min)下，氟气能有效地氟化孔洞PP膜，更易于氟化预氧化的孔洞PP膜，氟化改性的孔洞PP膜，尤其是预氧化后的氟化改性 关键词： 孔洞聚丙烯膜 氟气 氟化改性 电荷稳定性