封闭容器中的Bénard对流数值模拟研究——Ⅰ.二维问题

本文建立了一个封闭容器中无溜滑边界条件下的Bénard对流有限差分数值模式。用此模式,我们计算讨论了Prandtl数为1的情况下二维Bénard对流的分岐特征,发现当Rayleigh数Ra≥1.75×10~5时,Bénard对流运动是非定常无规则的;同时计算还发现,在流型转变区域Nusselt数Nu随Ra的变化率dlg Nu/dlg Ra随着Ra的增加而明显减小。文中还讨论分析了相流收缩性质与Bénard对流控制方程组中各项的关系。此外,本文还提出了一种新的压力梯度求解方法。     

分支通道内液-液自发渗吸规律研究

自发渗吸过程中两相界面在分支通道内的破裂和汇合为强非稳态过程, 难以用经典理论及常规数值计算方法准确描述。本文采用格子玻尔兹曼方法研究孔隙结构分支通道基本单元内的液-液自发渗吸行为, 对比出入口通道大小、两相黏度差异对液-液自发渗吸行为的影响。入口通道的大小对两相界面破裂进入分支通道内的竞争自发渗吸行为起控制作用, 而两相流体黏度控制了自发渗吸整体行为。本研究为复杂孔隙结构内液-液自发渗吸行为定量表征提供研究基础。     

水平管气液螺旋流流型辨识及压降波动研究

本文通过实验研究了水平管中叶片式起旋器引发的气液螺旋流流型及压降规律。采用背光成像法拍摄了流型并记录了压降波动情况。在该实验范围内观察到4种气液螺旋流流型:螺旋泡状流、螺旋气柱流、螺旋间歇流和螺旋环状流,并结合压降的概率密度函数(PDF)曲线图分析了各流型特点。同时研究了来流雷诺数及相分布对起旋器下游螺旋流流型的影响,发现气液相雷诺数的大小是流型转变的关键,另外,来流气液相分布也会影响起旋器下游流型。最后基于流型及压降波动的PDF分布,绘制了起旋器出口附近的螺旋流流型图,并与已有流型图进行比较。     

基于格子玻尔兹曼的两相闭式环路热虹吸研究

两相闭式环路热虹吸(CLTPT)形成定向循环的动力来源是重力在蒸发器和冷凝器之间形成的压力差。本文通过修改Gong-Cheng相变LBM模型中重力项计算方式,成功模拟了CLTPT在沸腾和凝结相变共同作用下产生的自驱动现象,揭示了不同充液率下的多种两相流型的存在。发现对于本文设计的热虹吸管结构,在初始状态液相覆盖全部蒸发段的前提下,充液率越小,CLTPT的周期性越复杂,越难达到稳定运行状态,系统自循环时均质量流量更小,同时蒸发段时均温度更低。     

低温预冷换热规律及表面改性影响研究

调研了低温管路预冷及两相换热的研究现状,阐述了低温预冷瞬态换热特性;介绍了金属表面改性对预冷规律的影响,仿真了低导热涂层管的预冷换热规律。研究发现:液氮预冷主要由膜态沸腾支配,且预冷耗时较长;液氢预冷未见膜态沸腾,预冷耗时更短。促进膜态沸腾向过渡沸腾的更早转化有利于预冷加速,且转化温度迁移可通过内壁表面结构改性实现,可采用的方法包括表面纳米微结构、低导热涂层、增加微肋结构等,讨论了结构改性对换热规律及预冷效率的影响。     

柴油两段喷射碳烟生成的光学测试研究

本文基于高温高压定容燃烧弹系统,以孔径为0.12 mm的单孔喷油器为研究对象,采用扩散背景光消光法测量国V 0号柴油两段喷射火焰中的碳烟生成特性。试验过程中,研究了不同背压、环境温度和喷油时间间隔对碳烟生成的初始时刻和KL值时空特性分布的影响。研究发现:第一次油束对第二次的碳烟生成初始时刻的影响随着环境背压的增加和环境温度的提高而减弱,而随着喷油间隔的增加展现了先减小后增大的趋势。第二次喷油火焰中碳烟的初始生成时刻在喷油间隔383 μs时最短。两次喷油火焰中的碳烟在喷雾轴线上的KL值随着背压和环境温度的升高而升高。喷油间隔并未对第二次喷油稳定火焰的KL峰值产生明显影响。     

汽轮机静叶栅内平行通道除湿特性研究

火电汽轮机低压级组和核电汽轮机/船用核动力汽轮机全级都处于湿蒸汽区,湿蒸汽凝结流动长期以来是影响汽轮机经济性和安全性的难题.针对White叶栅,在吸力面和压力面间设计了一个连接相邻的汽流通道的平行通道,采用双流体模型对原型叶栅和改型叶栅内湿蒸汽凝结特性和气动性能进行研究.以总压损失系数、湿汽损失为评价指标,研究了平行通道开设位置对叶栅性能的影响.研究表明:吸力面开设位置(D点)越靠近叶栅尾缘,改型叶栅除湿性能越好;压力面开设位置(C点)对改型叶栅除湿性能影响不大;C点和D点越靠近叶栅尾缘,总压损失系数越大.     

严重段塞流立管压差信号的周期特性分析

本文对集输-立管系统中低气液流速下的气液两相流动特性进行了研究,结合概率密度函数(PDF)和功率谱密度分布(PSD)方法获得了气液流速对严重段塞流周期特性的影响规律.其中第一类严重段塞流立管压差信号的PDF与PSD分布均呈明显的单峰结构,PDF峰值为液塞流出时间在整个段塞周期内的占比,PSD主峰频率的倒数为压差波动信号的周期.分析发现表观液速一定,表观气速的增加会导致整个段塞周期与液塞流出时间占比的迅速减小;而表观气速不变表观液速的增加只会减小段塞周期,不会对液塞流出时间的占比产生较大影响.     

气体团簇离子束两步能量修形法的平坦化效应

本文提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌.先用15 keV的高能Ar团簇离子进行整体修形,再用5 keV的低能团簇离子优化表面.结果表明,在相同的团簇离子剂量下,与单一15 keV的高能团簇处理相比,两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度,两者分别为1.05 nm和0.78 nm.本文还以原子级平坦表面为研究对象,揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤(弧坑)与团簇能量的关系,及两步能量修形法在弧坑修复中的优势.在原子力显微镜表征的基础上,引入了二维功率谱密度函数,以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长(频率)的分布.结果表明,经任何能量的团簇离子轰击的表面,在0.05—0.20μm波长范围内,团簇轰击都能有效地降低粗糙度,而在0.02—0.05μm范围内,则出现了粗化效应,这是由于形成了半球形离子损伤,但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应.     

激光多普勒测速技术在气液两相流中的应用

本文采用激光颗粒动态分析仪(PDA)测量了钢包底部喷吹气液两相流中气泡的直径和气泡上升速度的分布;采用激光多普勒测速仪(LDA)测量了气液两相区和液体单相循环区液体速度场的分布。测量结果表明:气泡在脱离喷嘴上浮一定距离后,其大小基本保持不变;在气液两相区中,气泡速度和液体速度的分布均服从高斯分布;液体在单相区作循环流动,在侧壁与底部交接处,存在液体流动的“死区”。