30m~2槽式太阳能集热器性能模拟研究

本文针对30 m~2槽式太阳能集热试验装置,对太阳能集热器的性能进行了模拟。分析了太阳能集热器光热转化过程,建立了太阳能能量转换与传递模型,并开发了模拟计算程序,研究了集热器关键结构参数和运行参数对集热性能的影响规律。具体考察了太阳辐照强度、工质流量、环境风速、吸热管管径等对集热效率的影响。结果表明:太阳能集热器的集热效率随太阳辐照强度的增加而增大,随工质流量的增加而增大,存在最佳的吸热管管径使得集热效率最大。研究结果将为太阳能集热器的设计提供参考依据。     

基于唯象理论的蒸发速率的分析与启示

改变以往以实验为主的研究思路,尝试从唯象理论角度对蒸发速率分析与定量计算.在无风条件下导出了蒸发速率的基本公式,分析结果显示最主要的影响因素是温度与湿度,且蒸发速率在温度一定时与湿度存在线性关系.与道尔顿蒸发模型的比较,得到了道尔顿模型参数的物理含义.在非线性区和引入风速两种情况下,计算出无风条件下蒸发唯象系数的具体表达式.非线性模型结果与实验结果较好吻合;风速模型与实验数据经比较后也显示一定的合理性.     

三次多项式温度分布液相模型在液滴蒸发中的应用

三次多项式温度分布模型反映了液滴内部基于希尔球涡的实际流动,可以较为准确地预测单个液滴蒸发。鉴于三次多项式温度分布模型在预测单个液滴蒸发的准确高效性,本文以n-Decane油滴蒸发为例,采用三次多项式模型研究了通过改变初温和初始气流速度来改变初始雷诺数对液滴蒸发的影响,结果表明通过改变气流速度来改变雷诺数的情况,不同雷诺数下液滴蒸发率与内部温度分布存在较大差异;以n-Decane,n-Heptane和n-Dodecane三种不同黏度的油滴蒸发为例,对比了液滴黏度对蒸发的影响,发现不同黏度液滴的蒸发率与内部温度分布差异较大,黏度越小,蒸发率越快;在液滴蒸发的初始阶段,内部温度梯度较大。     

燃油液滴蒸发的一维导热模型与压力效应

考虑液滴内一维瞬态导热以及液滴,气流热物性随温度与组分的变化,建立了对流热环境中燃油液滴的蒸发计算模型.以柴油液滴为例,通过数值模拟,分析了蒸发过程中液滴内部的瞬态热响应,考察了不同条件下的环境压力效应.结果表明,对流蒸发过程中,燃油液滴内部温度梯度很大,导热作用明显;在温度不同的气流环境中,环境压力效应存在非单调性;压力效应发生转捩的气流温度与液滴初始粒径和气流速度相关.     

激光辐照下金属／炸药温度场的计算

 用有限元模型分析了激光辐照下金属/炸药双层材料的温度分布,得到了炸药表面中心温升与激光强度、光斑尺寸以及激光作用时间的关系,还得到了激光对金属/炸药装置点火的初步规律,分析了亚音速气流的对流换热对靶面温度场的影响。     

球面阵列LED太阳模拟器光学系统设计

针对氙灯太阳模拟器光电转换效率低、寿命短、辐照强度低,均匀性差等不足,基于LED太阳模拟器光学系统,提出了一种球面阵列LED太阳模拟器光学系统,包括准直光学系统、匀光系统以及光源系统的设计方法。利用同轴透射式光学系统技术设计了双分离结构的准直光学系统, 在分析比较常用匀光系统的性能与组成形式的基础上,阐述积分器与视场光阑的设计过程, 然后基于球面光源的设计思想完成光源系统的设计, 利用LightTools光学设计软件对LED太阳模拟器光学系统进行仿真分析与验证。实验结果表明:球面阵列LED太阳模拟器在工作距离100 mm,输出辐照面积为100 mm×100 mm范围内,其辐照强度大于1 100 W/m2,辐照不均匀度优于3.86%。     

Q值的影响因素分析及其参数化

针对高散射特性的二类水体中难以测量的双向性函数Q,利用HYDROLIGHT模拟观测角为太阳天底角下440 nm处的Q值,并分析环境及水体光学特性对Q值的影响.结果表明,在高散射特性的近岸水体或内陆湖泊水体中,由于散射次数的增加,使得风速、散射相函数等影响因素对Q值影响相对减小,单次散射反照率W.和太阳天顶角θ成为Q值的主要影响因素;随着深度的增加,双向性函数Q受边界条件和光线入射状况影响的程度逐渐减少,直至不受其影响,而成为只与固有光学量相关的内秉光学量;利用Q值的主要影响因素W<,0>、θ和上行辐亮度的漫衰减系数K<,L<,u>>分别对Q值进行参数化,得到Q值的2种参数表达式.     

海面动态波动引起的船舶辐射噪声线谱伴随调制特性

针对海上实验发现的船舶辐射噪声载波线谱两侧对称出现伴随线谱现象,建立了基于抛物方程近似理论的动态起伏海面条件下连续波信号传播预报模型,揭示了海面风速、收发距离、声源深度等因素对伴随调制线谱频率间隔和强度的影响规律。数值仿真结果表明,伴随调制线谱与其载波线谱的频率间隔由具有稳定频率的海面涌浪决定;伴随调制线谱强度随海面风速增大而增大;不同收发距离和声源深度等条件下伴随调制线谱强度随距离的变化趋势与其载波线谱强度基本一致,近水面（平均深度3 m以内）声源上移和下移伴随调制线谱能量大致相当,比载波线谱能量低约10 dB;除了载波传播损失大的深度外,非近水面声源上移和下移伴随调制线谱强度能量相差较大,比载波线谱能量整体上低约20 dB以上。对海上实测水面船辐射噪声数据进行长时间窗时频分析表明,上移和下移频率伴随调制线谱与载波线谱的间隔为0.1 Hz左右,伴随调制线谱强度与载波线谱强度相差约10 dB,与仿真分析结果一致。海面动态波动引起的船舶辐射噪声线谱伴随调制特性对水中目标特征识别等具有重要价值。      

纳秒脉冲激光沉积薄膜过程中的烧蚀特性研究

研究了高能短脉冲激光薄膜制备的整个烧蚀过程.首先建立了基于超热理论的烧蚀模型，然 后利用较为符合实际的高斯分布表示脉冲激光输入能量密度，给出了考虑蒸发效应不同阶段 的烧蚀状态方程.结合适当的边界条件，以Si靶材为例，利用有限差分法得到了靶材在各个 阶段温度随时间和烧蚀深度的演化分布规律及表面蒸发速度与烧蚀深度在不同激光辐照强度 下随时间的演化规律.结果表明，在脉冲激光辐照阶段，靶材表面的蒸发效应使得靶材表面 温度上升显著放缓；在激光辐照强度接近相爆炸能量阈值时，蒸发速度与蒸发厚度的变化由 于逆流现象将显著放缓.还得到了考虑了熔融弛豫时间及蒸发效应的固-液界面随时间的演化 方程，这一结论较先前工作更具有普适性. 关键词： 脉冲激光烧蚀 热流方程 温度演化 有限差分法     

高温气流中液滴蒸发的表面张力效应

针对高温气流中燃料液滴的受热蒸发过程,以正十二烷液滴为例,建立了考虑液滴受热膨胀、表面张力及气流热物性变化的分析模型。采用移动网格法,并通过温度插值减小网格移动产生的偏差,编制了计算程序。在与文献结果对比验证的基础上,数值模拟了高温对流环境中的液滴蒸发过程;探讨了高温气流加热条件下,液滴表面张力变化对液滴蒸发的影响。结果表明,是否考虑液滴表面张力及其随温度变化,对液滴内压和蒸发过程的影响不大。     

Modeling the Water Droplet Evaporation Processes with Regard to Convection,Conduction and Thermal Radiation

A predictive model was developed for investigation of high-temperature heating and evaporation of water droplets. The model takes into account the basic interrelated processes of heat transfer and phase transitions. Typical velocity and temperature profiles were found in the high-temperature gas–water droplet system with external gas medium temperature varied from 100 to 800°C. Various formulations of the problem, significantly different in the type of considered processes and factors, are considered.We analyzed temperature conditions of heating and evaporation of water droplets, which allow the use of simplified models and which need consideration of all complex interrelated processes of heat and mass transfer (including convection, conduction and radiant heat transfer in droplets, and also in the surface vapor–gas layer).     

太阳能吸热器玻璃窗辐射与导热计算

在太阳能塔式热发电空气吸热器工作过程中,吸热器玻璃窗受到聚焦太阳光、环境以及吸热面（体）的复合辐射。本文采用改进蒙特卡罗法、有限容积法,研究了太阳能空气吸热器石英玻璃窗半透明介质内部辐射与导热的耦合换热,研究了不同厚度半透明介质石英玻璃窗在工作面处于不同第三类边界条件下的稳态温度分布。研究表明石英玻璃的厚度和内侧空气温...     

湿分分层土壤中热湿迁移与水分蒸发的实验研究

在自然环境下,对土壤中温度和湿分分布以及水分蒸发的动态特性进行了实验研究,分析了干饱和层对土壤热湿迁移及水分蒸发的影响。结果表明: (1)在周期性变化的大气环境条件下,土壤温度、湿分含量和水分蒸发强度在一天内变化;随着土壤温度的降低,土壤水分含量在晚上会出现略有增加的情况。(2)形成干饱和层后,水分蒸发锋面由土壤表面下移至非饱和层与干饱和层界面处,水分蒸发强度明显减弱,干饱和层的厚度增长缓慢。(3)随着干饱和层不断向深处发展,土壤温度的日变化幅度增大,且随着土壤深度的增加,土壤温度变化呈现出明显的滞后性。     

Heat and mass transfer at adiabatic evaporation of binary zeotropic solutions

Results of numerical simulation of heat and mass transfer in a laminar flow of three-component gas at adiabatic evaporation of binary solutions from a flat plate are presented. The studies were carried out for the perfect solution of ethanol/methanol and zeotrope solutions of water/acetone, benzene/acetone, and ethanol/acetone. The liquid-vapor equilibrium is described by the Raoult law for the ideal solution and Carlson–Colburn model for real solutions. The effect of gas temperature and liquid composition on the heat and diffusion flows, and temperature of vapor-gas mixture at the interface is analyzed. The formula for calculating the temperature of the evaporation surface for the binary liquid mixtures using the similarity of heat and mass transfer was proposed. Data of numerical simulations are in a good agreement with the results of calculations based on the proposed dependence for all examined liquid mixtures in the considered range of temperatures and pressures.     

Evaporation waves in a metastable single-component liquid

In this paper, evaporation waves appearing at rapid depressurization of a vessel filled with liquid Freon R11 have been investigated experimentally. Regimes with a high-speed evaporation front have been revealed. It has been shown that the disintegration of a metastable liquid takes place in the form of a surface evaporation wave with a cellular structure of the front and anomalously high values of the coefficient of heat transfer from the liquid. The dependence of the evaporation front velocity on the initial temperature of the liquid has been obtained. A critical temperature value below which evaporation waves are not observed has been determined. Visualization of the evaporation front structure and dynamics with the use of a high-speed video camera has been performed. It has been found that the evaporation front motion has a pulsatory character. A method to calculate the surface evaporation wave with a quasi-plane interphase boundary has been developed. It is based on a model of nonequilibrium evaporation of the liquid and experimentally measured coefficients of the heat transfer from the liquid.     

槽式DSG太阳能集热系统模拟分析

以采用真空集热管的一次通过式槽式DSG太阳能集热器为研究对象。基于集热器管内水工质的流型与传热特性,建立了集热器稳态传热模型,并验证了模型及计算方法的合理性。分析了当出口为400℃过热蒸汽时,集热器传热受太阳辐射强度、管径、水工质入口参数等的影响规律。结果表明集热器的传热效果取决于周围环境的边界条件以及集热器结构参数和水工质运行参数的选取,本文结论为DSG集热器的设计及运行提供了理论参考依据。     

非碳化热厚固体逆流水平火蔓延热解特性

根据反应边界层理论,解析热解表面传热传质过程,依据热厚固体内部温度分布,给出其热解表面传质数B-number函数以及热解模型。并以4 mm厚PMMA平板为对象,进行不同送氧量和不同车速燃烧实验,通过记录火焰长度、火焰距离热解表面的高度、蔓延速度、质量损失率以及底板温度等数据,推演热解表面热通量,表面传质数等热解动力学参数的变化规律,研究结果为解释热厚固体表面燃烧的发生、发展以及状态转条件奠定理论基础。     

深空环境下液滴辐射相变过程分析模拟

太空中固体粒子比液体粒子对航天器危害性大,计算液滴相变时间和温度变化对评估粒子危害性有重要意义.本文建立了太空环境下液滴辐射相变模型,分析了三种相变凝固模型,估计了水滴蒸发量,考虑了太阳辐射对液滴温度变化的影响,分别计算了水和氧化铝液滴的温度变化.结果表明:液滴粒径越小液滴冷却速率越大,三种相变凝固模型的相变时间差别较小;水滴蒸发比例均大于10%,其蒸发量不可忽略;水滴受太阳周期性辐射时,其温度在50 K至266 K之间周期性振荡变化.     

太阳能光伏光热扁管式蒸发器性能分析

根据太阳能光伏光热蒸发器与制冷系统之间的能量平衡,建立了光伏光热扁管式蒸发器性能的数理模型。该模型考虑了光伏光热扁管式蒸发器的传热系数变化,并分析了太阳辐射强度、环境温度、制冷循环的蒸发温度对光伏光热扁管式蒸发器的电池板温度、电池板光电转换效率、电池板发电功率以及光伏光热蒸发器散热量的影响。     

Unsteady radiative nanofluid flow near a vertical heated wavy surface with temperature-dependent viscosity

In the present contribution, a numerical treatment is provided to describe unsteady nanofluid flow near a vertical heated wavy surface. A memorable feature of the present work is the investigation of nanofluid flow associated with thermal radiation that acts as a catalyst for heat transfer rates. Likewise, the effectiveness of variable viscosity is examined as it controls fluid flow as well as heat transfer. It is necessary to study heat and mass transfer for complex geometries because predicting heat and mass transfer for irregular surfaces is a topic of fundamental importance, and irregular surfaces frequently appear in many applications, such as flat-plate solar collectors and flat-plate condensers in refrigerators. A simple coordinate transformation from the wavy surface into a flat one is employed. The non-dimensional boundary layer equations that governing both heat transfer and nanofluid flow phenomena along the wavy surface are solved via a powerful numerical approach called the implicit Chebyshev pseudospectral (ICPS) method with Mathematica code. A comparison graph of the current numerical computation and the published data shows a perfect match. Figures depict the effect of various physical parameters on nanofluid velocities, temperature, salt concentration, nanoparticle concentration, skin friction, Sherwood, nanoparticle Sherwood, and Nusselt numbers. According to the numerical results, increasing the variable viscosity parameter value causes a drop in the local skin friction coefficient value and an increase in the steady-state axial nanofluid velocity profile near the wavy surface. Furthermore, as heat radiation is increased, the local Nusselt number decreases but the nanoparticle Sherwood number increases.