真空环境液体排放过程的热动力学研究

实验研究了真空环境液体排放过程(特别是出口射流)的热动力学特征,分析了3种不同射流形态(连续液体射流、部分闪蒸射流和完全闪蒸射流)间的转换条件,发现基于气泡生长机制的Cleary模型低估了闪蒸所需过热度,较早预测了闪蒸射流的发生;而基于核化机制的Lamanna模型会高估闪蒸所需化学势差,预测的闪蒸发生晚于实验观测结果。闪蒸引起的流量壅塞效应对真空液体排放流量的影响依赖于初始过冷比RP,0=P_0/P_(sat)(T_0),除非初始过冷比远大于1,一般需要考虑闪蒸引起的实际排放流量变化,即明显低于不可压理论的估算结果。     

初始条件对瞬态闪蒸过程的影响

实验研究了初始水温、过热度及水位高度对方腔内池水闪蒸瞬态过程的影响,利用可视化方法观察了闪蒸现象变化特点.实验条件为:水位高度40 mm.60 mm、100 mm、150 mm,初始水温50～88℃,过热度3～35℃.实验结果表明:初始水温一定,过热度越大,水温变化越快,闪蒸现象越剧烈;过热度一定,仞始水温变化对水温随时间的变化影响不大;水位高度增加液体温度下降速度减缓,闪蒸结束后液体温度越高.根据对实验数据的分析,拟合得出了瞬态闪蒸过程的特性关联式.     

CO_2-[emim][Tf_2N]吸收-喷射冷热电联供系统中喷射器性能研究

为以CO_2为工质的喷射器在冷热电联产中的应用提供依据,文中首先对该系统核心部件喷射器进行性能分析。基于喷射器及CO_2-[emim][Tf_2N]本身的特性、系统的运行特征,在VC++的环境下,根据喷射器设计及性能计算公式进行编程,经理论计算得到,工作压力、蒸发温度、背压及引射流体质量流量对系统中喷射器喷射系数的影响规律。结果表明:与背压不同,在给定工况下,工作压力、蒸发温度、引射流体的流量的提高,对喷射系数分别提高39%、60%、78%。     

液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.     

两相扩散火焰结构探讨

利用鼓风式煤油喷灯,开展了不同空气射流流量下的两相扩散火焰结构的试验研究.采用工业相机及红外热像仪对稳定燃烧状态下的火焰参数进行了测量,获得了射流扩散火焰形状、高度和火焰温度随射流流量的变化规律.结果表明,射流扩散火焰呈现下小中间大上面小的形状,在顶端会出现分层或分叉现象;且随着射流流量的增加,火焰面呈现由光滑向褶皱再光滑的变化规律;火焰高度随着射流流量的增加,起初不断减小,直至基本保持不变,流量增大至180L/h时,出现了熄火;火焰最高温度随着空气射流流量的增加先升高后降低.     

稠密颗粒射流倾斜撞击颗粒膜特征

采用高速摄像仪对稠密颗粒射流倾斜撞击形成的类液体颗粒膜特征进行实验研究,考察了颗粒粒径、射流速度以及射流含固率等因素对颗粒膜形态及动态特征的影响.结果表明:随着颗粒粒径增大,稠密颗粒倾斜撞击流由颗粒膜向散射模式转变;随着射流速度增加,气固不稳定增强,射流流量出现脉动,正面与侧面分别表现为颗粒膜的非轴对称振荡和表面波纹结构;颗粒膜非轴对称振荡的振荡频率和振荡幅度随射流速度的增大而增大;表面波纹速度和波长沿传播方向增大,波纹间存在叠加现象.颗粒膜出现非轴对称振荡主要是因为喷嘴出口由气固不稳定性引起的射流流量脉动,射流流量脉动频率与撞击面振荡频率基本相当.     

液体火箭有机凝胶喷雾液滴蒸发模型及仿真研究

凝胶推进剂虽然兼具有液体推进剂流量可控和固体推进剂长期可储存等优点, 但凝胶喷雾液滴蒸发燃烧问题却一直困扰着凝胶推进剂研制及燃烧室设计工作, 阻碍了凝胶推进剂实际工程应用.设计实现了凝胶单液滴蒸发燃烧实验系统, 通过某型有机凝胶偏二甲肼(UDMH)单液滴在四氧化二氮蒸气中的蒸发燃烧实验现象, 进一步深入分析了凝胶液滴蒸发燃烧机理.根据实验中凝胶单液滴在不同阶段的蒸发特性, 建立了有机凝胶喷雾液滴在胶凝剂膜形成、膨胀、破裂三个不同蒸发阶段的多组分蒸发模型, 采用初步选定的模型参数及物性参数对凝胶单液滴在高温气体环境中的蒸发全过程进行了仿真计算, 并与常规液体液滴的仿真结果进行了对比分析.结果表明,凝胶喷雾液滴表面胶凝剂含量在蒸发初期增加比较缓慢, 但在某临界时刻后的极短时间内迅速升高至形成胶凝剂膜的质量分数95%, 导致表面质量流率迅速下降至0,表面温度则快速上升至UDMH推进剂沸点.胶凝剂膜形成后, 液滴半径及表面UDMH蒸气质量分数出现了实验现象中凝胶液滴反复膨胀-破裂的震荡现象, 液滴表面温度维持在略高于沸点的某温度范围内,凝胶液滴内部的沸腾蒸发明显强于液体液滴表面稳态蒸发流率, 使得凝胶喷雾液滴生存时间小于常规液体液滴.     

液滴撞击加热壁面传热实验研究

本文采用高速摄像仪对水滴和乙醇液滴撞击加热壁面后的蒸发过程进行了实验观测, 分析了液滴撞击加热壁面后的蒸发特性参数. 实验中, 两种液体初始温度均为20 ℃, 不锈钢壁面初始温度范围为68-126℃. 水滴初始直径为2.07 mm, 撞击壁面时Weber 数为2-44; 乙醇液滴初始直径为1.64 mm, Weber数为3-88. 结果表明, 液滴受到重力、表面张力及流动性的影响, 在蒸发过程的大部分时间内, 水滴高度持续降低而接触直径几乎不变; 蒸发后期, 液滴发生回缩, 水滴的接触直径、高度和接触角出现振荡现象. 乙醇液滴的接触角随时间的增加呈现先减小随后保持不变的趋势, 而接触直径和高度则持续减小, 直到液滴完全蒸发. 液滴蒸发总时长与液体物性和壁面温度有关, 随壁面温度的升高而减小, 与液滴撞击壁面时的Weber 数无关. 同时, 随着壁面温度的升高, 液滴显热部分占总换热量的比重增大, 显热部分能量不可忽略, 本文实验条件下得到水滴的平均热流密度为0.014-0.110 W·mm^-2.     

毛细喷孔超高速水射流的脉动及破碎

水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究,分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式;在超高压条件下,射流完整段呈瑞利模式,完整段以下呈雾化破碎模式,射流集束性呈现周期性变化。结果表明,传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性;喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。     

过热液滴闪蒸过程数学模型的建立与应用

本文以闪蒸蒸发机理的特殊性为出发点,基于过热液滴闪蒸所需热量由其内部过热能量提供这一理论基础,建立了全新的过热水滴闪蒸的现象学模型,使用MATLAB/Simulink进行求解,通过实验验证其有效性。经计算得出了闪蒸过程中液滴温度、直径、质量、蒸发速率和蒸发率的变化规律,并利用控制变量法,研究初始温度、闪蒸压力和液滴粒径对液滴温度变化、蒸发速率、蒸发率和闪蒸时间的影响,得出了具有代表性的结论。     

快速降压下Tween20 液滴真空闪蒸特性

为探究闪蒸喷雾冷却的微观机理, 设计并搭建了液滴悬挂式真空闪蒸实验装置, 利用可视化窗口探究Tween20 液滴闪蒸过程中的闪蒸特性及气泡生长机理. 液滴在快速降压过程中形态会经历气泡成核、气泡生长、伴随气泡生长、爆裂这四个阶段的变化, 并反复循环这一过程直至液滴稳定蒸发. 对于液滴温度的变化, 闪蒸室的终态压力起到了决定性的作用, 并且其终态温度随压力的升高明显上升. 同时通过液滴闪蒸过程形态图分析发现, 液滴在剧烈爆炸阶段其温度也发生明显下降; 在稳定蒸发阶段, 其温度也将开始稳定不变. 因此可知液滴的剧烈爆炸会带走其自身的大量热量. 而 Tween20 浓度对液滴温度的影响微乎其微, 但其会使液滴内气泡的初始成核时间发生明显滞后, 并抑制液滴内的气泡发生破裂.     

基于MPS法的圆截面液体射流数值模拟

传统网格方法在模拟液体射流流动中的断裂和破碎等液体大变形过程时存在困难,本文引入无网格移动粒子半隐式方法,对圆截面液体射流的复杂非定常流动过程进行数值模拟.基于进口速度边界条件建立了连续进口流动模型,对三类典型的射流流动,即壁面射流、竖直向上自由射流和自由射流碰撞等进行了建模和数值模拟,并对特征流动现象进行定性分析,验证了移动粒子半隐式法对上述射流流动数值计算的正确性,为相关研究提供了一种新的数值方法.     

固体吸附条件下闪蒸实验特性

基于闪蒸理论,设计了一套吸附作用下真空制冰的实验装置。在不同的闪蒸压力下(270Pa、420Pa、820Pa),对有无吸附作用的真空闪蒸实验特性做了对比;通过改变吸附剂(沸石分子筛)的质量和载冷介质温度,探究最佳吸附条件。实验结果表明:与无吸附作用相比,有吸附剂时,温度和压力升高速度小,冰水混合状态持续时间长,有结晶现象发生时,压力曲线出现上升突变现象及平台区;初始压力越高,压力变化曲线的平台越明显,吸附效果越好;吸附率与吸附剂质量有关;随载冷温度下降,吸附效果下降,载冷温度过低不利于吸附。     

R1336mzz闪蒸喷雾冷却传热特性的实验研究

闪蒸喷雾冷却是高热流密度电子器件有效的散热技术之一。本研究采用新型工质R1336mzz,建立了一个闭式闪蒸喷雾冷却实验平台,研究了喷雾流量和入口温度等影响因素对其传热特性的影响。实验结果表明,闪蒸喷雾冷却的传热性能随流量的增加先增大后减小,在流量为1.4 L/min时,获得最佳的传热性能,临界热流密度最高可达349 W/cm²。较高的入口温度能够改善传热性能,这是因为高入口温度有助于提高闪蒸雾化效果,产生更多细小液滴,大大提高了闪蒸喷雾冷却系统的传热性能。     

液体CO2在毛细管内的质量流量及临界流实验研究

本文进行了液体CO2在长度为0.5～5.9 m,内径为0.7 mm和2.0 mm,入出口压差为2.2 MPa和2.5 MPa的毛细管内的质量流量及临界流的实验研究.实验结果表明液体CO2在毛细管中的质量流量随毛细管内径、入出口压差的增大而增大,随长度的增加而逐渐减小;结果同时表明液体CO2在毛细管中产生了临界流现象,临界流随毛细管内径的增大而增大.在实验基础上回归出了适用于本实验条件的液体CO2在毛细管内的质量流量经验关联式,具有一定的工程指导意义.     

针环式电极大气压下氩气等离子体射流长度影响因素研究

为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响,设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置,分别研究了放电电压、电极间隙、高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响,并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。结果表明：等离子体射流的最大长度可达80 mm;高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大,射流长度越长但不是线性增长;射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度;随着氩气体积流量的增加,等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低;电子激发温度在高压电极和接地电极处较高,两电极之间部分次之,在石英管出口处会有比较明显的下降。     

喷射器临界背压对喷射制冷系统性能的影响

为了确保喷射器在良好的工况条件下运行,文中针对太阳能喷射制冷系统的工况范围,以R134 a为工质建立了喷射器运行特性计算模型,计算分析了临界背压随喷射器运行工况的变化关系,以及对制冷系统性能的影响。结果表明:喷射器的临界背压随发生温度和蒸发温度的增大而增大,极限喷射系数随发生温度的升高而降低,随蒸发温度的升高而升高;喷射制冷系统COP随喷射器背压(冷凝压力)的升高先保持不变后减小,当Tg=353K,Te=281K和Te=283K时,喷射器分别在Tc=307K左右和Tc=308K左右时,达到临界状态,临界背压分别为0.85MPa、0.88MPa,COP分别为0.2和0.227。     

跨临界CO_2热泵系统关键参数的实验研究

系统运行时外部参数变化将引起系统各内部参数变化,本文通过改变外部参数冷却水流量研究内部关键参数变化趋势。实验结果表明：随着冷却水的流量增加,压比减少,气体冷却器出口温度和排气压力降低,制热量和制热系数增加。在此基础上,通过调节外部参数研究气体冷却器出口温度以及蒸发温度对系统性能的影响。结果表明：随着蒸发温度的升高,制热...     

介质阻挡体放电对甲烷扩散火焰特性的影响

本文在高频交流激励模式下,采用同轴圆柱构型激励器,开展了介质阻挡体放电对空气/甲烷同轴剪切扩散火焰燃烧特性影响实验研究。激励器敷设在外喷嘴环缝以电离空气,采用纹影系统和B型热电偶分别获取流场形态和火焰温度,激励频率为8 kHz,通过改变气体流量和放电电压,分析了不同工况下射流流场、火焰结构和火焰温度在等离子体作用下的变化规律。结果表明:等离子体气动效应能有效增强射流湍流强度,强化空气/甲烷掺混,增大射流角,并随激励电压提高作用效果逐渐增强,实验中未形成明显扩张流动的初始射流在放电电压30 kV时其射流角最大为23.5°。贫燃条件下等离子体激励会改善火焰形态,增强燃烧稳定性,并在流量较低时缩短火焰长度。此外,富燃火焰下游温度会随着激励强度增大不断升高,而贫燃火焰下游温度变化受上游燃烧强度影响存在升高和降低两种情况。     

液体蒸发时温度降低实验的改进

初中物理第二册介绍的说明液体蒸发时温度降低的演示可见度小,大部分学生观察不到温度计读数降低现象。对此实验可作如下改进。一、实验器材 18×180试管一支,带