分形理论结合相变动力学的冷表面结霜过程模拟

运用分形理论并结合相变动力学模拟冷表面上结霜过程.在相变动力学基础上成功模拟了结霜初始阶段水蒸气在冷表面上凝结、液滴生长及冻结过程,随后运用分形理论的有限制的扩散凝聚(diffusion limited aggregation,DLA) 模型模拟了霜晶在冻结液滴表面上的形成生长过程.模拟结果与实验结果取得良好的一致,模拟过程中凝结液滴出现及冻结的时间与实验结果几乎完全符合;液滴冻结之前其表面接触半径随时间变化的模拟结果与实验结果基本一致,同时模拟霜层厚度与实验测得霜层厚度也非常接近.研究结果对于探讨分形理 关键词： 分形 相变动力学 结霜 模拟     

空温式翅片管气化器结霜模型及数值模拟

以分形理论的DLA模型为基础,建立了空温式翅片管气化器深冷表面上霜晶生长的二维模型,模拟了深冷表面上的霜晶生长过程.采用计盒维数法对模拟出的霜晶生长图像进行了分形维数的计算,结果表明深冷表面上霜晶的分形维数较一般冷表面上的分形维数大,从而说明深冷表面上的霜晶具有更加复杂的结构,充满空间的能力更大.这对进一步理解空温式深...     

空气源热泵蒸发器结霜过程数值模拟

建立了一个空气源热泵蒸发器结霜过程的动态分布参数模型,该模型考虑了翅片温度的不均匀分布、水蒸气在霜层中的扩散以及霜层参数动态变化等影响因素。理论计算结果与实验数据吻合较好。与常规模型相比,该模型对翅片表面霜层厚度的预测精度有很大程度提高,此研究为进一步完善多排翅片管式换热器结霜模型奠定了良好基础。     

结霜工况下R410A热泵空调器动态特性的数值模拟

将选用R410A工质的热泵室外换热器表面的结霜视为准稳态过程,建立了热泵系统的分布参数模型,用有限差分法对其在结霜工况下的动态特性进行了数值计算。换热器采用分相流模型,并考虑了室外换热器表面结霜引起风量下降及换热器管排布置的影响,毛细管模型中考虑了"闪点延迟"和"壅塞流"现象。计算结果表明,在霜开始形成阶段,室外换热器表面结霜有助于改善空气源热泵性能,而在结霜循环的后期,霜层厚度快速增长,热泵的制热量、性能系数等迅速下降。     

溶液蒸发冻结过程中冰体发展的分形模拟研究

根据溶液在蒸发冻结过程中的复杂性以及液面冰体分布的不规则,结合分形有限扩散聚集(DLA)理论,建立了湿度差作用下溶液蒸发冷冻过程中液面冰体生成、发展过程的数学模型,模拟分析了气流湿度差和气流流速对溶液表面冰体生成、发展的影响.结果表明,利用分形方法可以对溶液蒸发冻结过程中冰体的生成发展进行预测,同时也为研究溶液蒸发冻结和冰体生长提供了新的思路和方法.     

强制对流下深冷水平平板结霜行为模拟研究

基于耦合霜层孔隙率修正的格子Boltzmann方法和扩散抑制凝聚方法,建立了强制对流下深冷表面结霜模型,验证了该模型的可靠性,研究了冷表面温度、空气温度、空气相对湿度及空气流速对深冷表面霜层生长的影响。结果表明：空气流速对深冷表面的霜层形貌影响最大;空气相对湿度和空气速度对强制对流下深冷平板上霜层生长的影响较大;在结霜45 min的情况下,空气相对湿度每提高20%,霜层厚度平均提高11.89%,霜层密度平均增加17.76%;空气速度每提高1 m/s,霜层厚度平均降低8.95%,而霜层密度平均增加14.38%。     

冷面结霜初始形态的理论分析

从形核的概念出发,分析了水蒸气在冷面上的结霜并非单纯凝华的原因,对结霜前的微细观结露现象给予了理论解释:水蒸气在零度以下冷面上凝结生成液核的活化率远远大于凝华生成霜核的活化率,所以冷面上最先出现的是水珠。揭示了疏水面抑制结霜的原因,即增大接触角可以提高成核势垒,使新相变得难形成,从而降低新相的活化率。     

疏水表面结霜融霜过程中液滴行为研究

研究了自然对流条件下具有微纳结构铝基疏水表面上结霜、融霜过程中液滴的动态行为,分析了表面方位及接触角对冻结前冷凝和融霜后排液的影响。结果表明:水平疏水表面上冷凝液滴的直径和基底直径随时间而增加,液滴的接触角随时间的变化有一定波动,但呈减小趋势;放置一液滴在疏水表面上冷凝时,周围形成的小液滴以该液滴为中心,离它越远,小液滴尺寸越大;融霜后疏水表面上呈现规则的球缺状液滴,而裸铝表面上是不规则的液滴。     

基于分形理论的飞机雷击初始附着点的数值模拟

飞机雷击附着点的确定能够为飞机防雷设计提供依据,是飞机雷击区域划分和飞机各部件进行雷电试验鉴定的先决条件.本文提出了一种基于分形理论的飞机雷击初始附着点数值模拟的新方法.该方法首先依据标准SAE-ARP5416中有关飞机雷击附着点试验的规定,确定放电间隙、雷电起始坐标、飞机姿态和放电次数等参数,然后根据分形理论,使用电介质击穿模型模拟符合自然界雷电物理机理和几何特征的雷电先导分形发展过程,同时考虑飞机自身触发双向先导的情况,最终得到飞机的雷击附着点分布.通过本文方法仿真模拟得到飞机F-4雷击附着点的分布概率,并分别与该飞机飞行实验和实验室高压放电实验测试得到的真实雷击附着点的概率分布情况比较,结果基本吻合,验证了该方法的有效性.研究结果为飞机雷击附着点仿真模拟提供了一个有潜力的方法,可作为飞机防雷设计和今后开展相关研究工作的基础.     

分形理论在分子动力学模拟中的应用

本文基于分形理论提出了一个假说,认为实际流体分子的无规运动可以用分数布朗函数作为概率密度函数来描写,而其分数维数可根据分子运动的图像确定。本文以流体Ar作为对象进行了分子动力学模拟,根据分子动力学模拟的结果提取了运动的分数维数,构造了描述分子无规运动的分数布朗函数,并对所提出的假说进行了验证。     

结霜发生随机性的实验研究

结霜是影响制冷设备工作的不利因素之一,对结霜发生的研究可以指导改进除霜方案。本文通过显微摄像的手段研究了结霜发生过程。对于不同的冷壁面温度和水蒸汽分压力,有两类结霜发生过程:一是经过气液固相变形成霜,二是经过气固相变形成霜。实验观察到第一类结霜的转变时间具有随机性,并对此现象进行了分析。     

固体粒子在直流式除尘器中湍流脉动的数值模拟

本文对直流除尘器涡室内固体粒子的湍流脉动现象进行了数值分析,通过气体速度随机脉动谱,把气相湍流运动对固体粒子运动的影响引入粒子的运动平衡方程中,用拉格朗日法模拟了粒子的轨迹及其扩散运动,应用四阶龙科库塔方法求解粒子的运动方程。计算结果表明对粒子的数值模拟可以较好地预测除尘器的性能,如除尘器的切割粒径。     

饱和颗粒土冻结过程的数值模拟

影响饱和土冻结过程的因素很多而且复杂,本文采用刚性冰模型对于持续补水的饱和颗粒土的冻结过程进行了一维数值模拟,分析了外载、导水系数以及土豹持水性对于冻结过程以及冻胀的影响,计算结果表明外载增加使得冻胀速度降低,较大的导水系数以及较好的持水性导致分凝冻胀量较大.     

脉冲管制冷机中惯性管的数值模拟研究

本文利用Fluent软件对惯性管进行数值模拟,计算采用二维层流的数值模型,得到惯性管入口处质量流量与压力波之间的相位及惯性管内部的压力波幅值和质量流量幅值的变化,给出不同频率及惯性管尺寸对惯性管入口处压力波与质量流量之间的相位的影响.通过分析并计算得到脉冲管冷端质量流量,进行设计计算.     

旋流扩散燃烧中旋流数对热NO生成的影响

本文对旋流扩散燃烧进行了数值模拟，研究旋流数对热ＮＯ生成的影响，其中对湍流采用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力方程模型，对燃烧采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型，对热ＮＯ生成采用设定ＰＤＦ的模型。预报了不同旋流数下轴向和切向的平均和脉动速度、温度和ＮＯ浓度，指出随着旋流数的增大，计算得到的出口平均ＮＯ浓度首先升高然后下降。这一趋势和本文作者最近的实验结果的趋势一致．随着旋流数的增大，湍流脉动首先下阵然后升高，而进口附近的温度上升，二者综合效果造成上述趋势、因此在实际燃烧器中，完全靠改变族流数来控制ＮＯ生成是不现实的。应该采取其他方法来降低ＮＯ的生成。     

自然对流条件下仿生超疏水表面的抑霜研究

仿生超疏水表面具有多重纳米和微米级的超微结构,其与水滴的接触角一般在150度以上,本文将这种仿生超疏水表面应用到制冷抑霜实验中,观察其表面上水珠的生成、冻结、初始霜晶的出现以及最终霜晶的特殊形态,与普通金属表面上霜的形成过程相比,这种表面具有很强的抑霜性,在-10℃的冷表面上它能延迟初始霜晶的形成55 min以上,其最终形成的霜晶结构松散,较易去除.在实验中首次发现了在该表面上形成的霜晶形态特异,类似一朵朵菊花.最后本文从理论上分析了这种表面的抑霜机理.     

斜孔气膜冷却数值模拟分析

本文通过数值模拟分析圆柱孔和扩散孔的单斜孔气膜冷却特性,考察复合角、孔型和吹风比对流场和气膜冷却效果的影响。结果表明,复合角的引入使气膜侧向分布更宽,但冷却效果沿主流方向衰减更快。适中吹风比得到的气膜能更有效的保护壁面。在相同吹风比和复合角条件下,扩散孔的气膜冷却效率比圆柱孔更好,且冷却更为均匀持久。     

旋流对煤粉燃烧NO排放影响的数值模拟

本文用基于HCN释放的简化Solomon模型的NO生成湍流反应的统一二阶矩代数模型(AUSM)和煤粉燃烧的双流体模型,对不同旋流数下煤粉燃烧器内两相流动,煤粉燃烧和NO生成进行了数值模拟。模拟结果和文献中实验结果符合很好。模拟结果指出,随着旋流数的增加,NO的排放先减少后增加,燃尽率先增加后减小,和气体燃烧中得到的规律类似。     

液固流化床流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,结合k-ε模型模拟液相湍流流动和颗粒动理学方法模拟颗粒流动,考虑流固相间作用曳力和虚拟质量力,建立两相流动模型方程和本构关系。模拟结果表明入口速度和曳力模型对液固流动都有一定的影响。选用不同的曳力模型,对模拟结果中固含率的径向分布影响较大,甚至改变了固含率径向分布趋势,同时分析了虚拟质量力对液体-颗粒流动分布的影响。     

水力旋流器湍流流动的数值模拟

本文采用雷诺应力模型计算了水力旋流器的水相湍流流场,计算结果与实验数据吻合很好。与相关文献中采用修正的κ-ε模型的计算结果比较,本文采用雷诺应力模型的计算结果更接近于实验结果。计算得到了水力旋流器内的流线图、等压线以及零速包络面。