PIV在膜蒸馏系统流场测量研究中的应用

空气隙膜蒸馏系统热容腔内料液的流动状态直接影响到温度和浓度边界层效应,决定系统的膜通量。本文采用三根沿圆周平均分布的入流管,喷管是鸭嘴形,应用PIV系统测试膜面附近流动状态。在5种喷管中心线与热容腔径向夹角β和3种喷管前端和膜面间距离δ下,测试得到膜面附近的速度场数据,并计算得到涡量场信息。结果表明,所研究的膜组件结构参数β和δ对热容腔内料液的流动状态影响很大,适当的热容腔结构参数可以有效地改善温度极化边界层和浓度极化边界层的影响,增大膜通量。研究结果为空气隙膜蒸馏系统热容腔入流装置的优化设计提供了实验数据和研究经验。     

耦合腔慢波特性及其注-波互作用的三维软件模拟

 利用MAFIA软件分别对休斯型耦合腔慢波结构进行了由冷腔到热腔的计算机模拟，并将冷腔模拟结果分别与理论计算结果和实验测试结果进行比较，发现模拟结果更加接近实验值，色散特性的平均误差在0.02%左右，耦合阻抗的平均误差在5%左右，基本满足设计要求；由冷腔模拟结果导入MAFIA三维粒子模拟模块中进行注 波互作用模拟，对其工作机理进行了定性分析。     

第一性原理研究Ir的热力学和弹性性质

基于准谐近似理论,运用第一性原理投影缀加波方法研究了Ir的热力学和弹性性质,得到Ir的声子谱、状态方程、热容、熵、焓和线膨胀系数,以及弹性常数、弹性模量、剪切模量和杨氏模量随温度的变化关系.结果表明,计算的Ir声子谱和有限的实验测量结果一致;考虑电子对体系自由能贡献后计算的热容、熵、焓和线膨胀系数与实验值符合较好;在2600 K时,Ir的电子定压热容占总定压热容的17％,因此在高温时电子对Ir定压热容的贡献是不能忽略的;理论预测的Ir室温下的弹性常数、弹性模量、剪切模量、杨氏模量和实验值测量值基本吻合,并随温度的增加而逐渐减小.     

第一性原理研究Ir的热力学和弹性性质

基于准谐近似理论,运用第一性原理投影缀加波方法研究了Ir的热力学和弹性性质,得到Ir的声子谱、状态方程、热容、熵、焓和线膨胀系数,以及弹性常数、弹性模量、剪切模量和杨氏模量随温度的变化关系. 结果表明,计算的Ir声子谱和有限的实验测量结果一致;考虑电子对体系自由能贡献后计算的热容、熵、焓和线膨胀系数与实验值符合较好;在2600K时,Ir的电子定压热容占总定压热容的17%,因此在高温时电子对Ir定压热容的贡献是不能忽略的;理论预测的Ir室温下的弹性常数、弹性模量、剪切模量、杨氏模量和实验值测量值基本吻合,并随温度的增加而逐渐减小.     

强流直线感应加速腔微波特性

 介绍了确定不同加速间隙形状和设计结构的强流直线感应加速腔微波特性的方法,即确定频域中加速腔横向阻抗值的方法,包括数值模拟和实验测试。 横向阻抗测试实验中采用了两种测试方法:一种为同轴线束流模拟法,另一种为对加速腔形状因子的测试。实验中测试了3种不同的腔型,并和数值模拟结果进行了比较。两种横向阻抗的测试方法所得结果都与计算结果基本符合,从测试过程的繁简程度和多次实验结果的重复性来看,对于强流直线感应加速腔来说,形状因子值测试方法优于双芯同轴线束流模拟法。实验测试和数值模拟结果显示,确定直线感应加速腔横向阻抗值,测试实验和数值模拟是相辅相成的,缺一不可。     

二极管泵浦300 W热容固体激光器

开展了热容二极管泵浦固体激光器理论和实验研究,针对热容工作模式下工作物质的激光特性进行了初步分析,数值模拟了激光介质增益分布及温度场、应力场分布,初步完成了热容激光器实验平台的建立,在平均泵浦功率1.25 kW的激励条件下获得了大于300 W的激光输出,连续出光时间为5 s,占空比为15%,光-光转换效率约为25%.     

硅基二维平板光子晶体高Q微腔的制作和光谱测量

利用微加工技术, 在SOI上制作出了高Q值的光子晶体微腔, Q值可以达7×10⁴以上, 为后续的光与物质相互作用和量子信息方面的实验奠定了基础. 实验结果与理论模拟符合得较好. 通过三维时域有限差分法模拟, 得到光子晶体微腔的Q值为1.2×10⁵左右. 关键词： 光子晶体 微腔 微加工     

基于微蒸发腔制冷的大功率激光二极管制冷组件

利用节流的高压冷却介质在微蒸发腔内相变吸热,设计了一种用于大功率激光二极管制冷的封装组件。该组件采用高热导的无氧铜,用精密线切割、化学腐蚀等技术制作微蒸发腔,再通过自制的焊接设备完成制冷组件的封装。按照大功率激光二极管条的发热模型,理论上对微蒸发腔制冷组件的温度分布进行了数值模拟,结果与60 W激光二极管条的散热实验符合较好,得到制冷剂流量为23 m L/min时的热阻为0.289℃/W。     

漫反射立方腔单次反射平均光程的理论和实验研究

根据Beer-Lambert定律可知,增加气体池的有效光程是提高气体监测灵敏度最直接而有效的途径.通过实验研究和分析,漫反射立方腔作为气体池能显著地增加有效光程,因此研究其内部的光线传播规律具有重要意义.基于对漫反射立方腔内光线传播规律的理论分析,得到了单次反射平均光程的理论值,建立了漫反射立方腔内光线传播的理论近似模型,并通过有限元法仿真获得了单次反射平均光程的模拟值.利用可调谐二极管激光吸收光谱技术得到了立方腔的有效光程,间接求得了单次反射平均光程的实验值.对理论值、模拟值和实验值进行比较分析,验证了理论近似模型和有限元法仿真的准确性和稳定性.     

金属纳米粒子薄膜对辐射散热的影响的研究

通过分析不同螺旋线慢波组件的散热性能,研究了金属纳米粒子薄膜的采用对辐射散热性能的改善作用.利用实验测试和模拟仿真的方法,分析比较了采用普通金属管壳,沉积普通金属铱膜管壳和沉积纳米铱膜管壳的慢波组件的导热能力.结合实验数据,准确地推算出几种研究材料的热辐射发射率,并利用模拟仿真给予了验证.实验结果和模拟结果具有很好的一致性.研究表明,与普通金属材料相比,金属纳米粒子薄膜具有较强的热辐射能力,能够改善器件的散热性能.     

气隙式膜蒸馏中空气隙内流动与换热研究

本文针对膜蒸馏实验中开放式的窄空气隙,研究其内流动与换热机理.研究发现,对于开放式的大宽隙比(120:1)空气隙,即使其厚度仅为 1 mm,也会形成向上流动的流场,其流动状态为层流,温度分布为直线分布.空气隙内按实验结果求得的热流密度大于按导热公式计算的结果.本文给出的数值模拟结果与实验结果吻合较好.     

最小二乘有限元法求解非定常应力的Navier-Stokes方程

为精确求解非定常层流问题,发展一种非定常速度-应力-压力的方法.采用牛顿法对非线性对流项进行线性化处理和预处理共轭梯度法,实现了非定常应力形式Navier-Stokes方程的求解.方腔层流流动比较发现,非定常应力形式比涡量形式与试验结果更加吻合,精度更高.该方法有效地解决亚格子应力项的问题,实现基于最小二乘有限元法的湍流求解.比较方腔湍流流动的试验与仿真结果,证明本文的方法具有可行性,为湍流大涡模拟计算打下基础.     

机翼热气防冰及冰脊形成数值模拟

应用N-S方程求解空气外流场和防冰腔内流场，用Euler法获得过冷水滴撞击特性，将内外流场进行耦合传热稳定后，开始结冰，来实现机翼热气防冰及冰脊形成的数值模拟.计算结果表明，热气防冰开启时，加热区蒙皮最低温度为286 K保证加热区没有结冰，但在加热区后的上下表面由于蒙皮温度降低至273.15 K以下，防冰区的溢流水到此处形成冰脊，这个计算结果表明了热气防冰数值模拟的可行性与合理性.但在将前缘积冰除去的情况下，防冰区外形成冰脊对气动特性影响很大，对带冰脊的机翼绕流流场进行数值模拟，对计算结果进行分析，得出环境温度越低、形成冰脊的位置越靠近防冰区，冰脊的高度越高；结冰时间越长，冰脊后的非定常特性越明显，流动细节的捕捉越困难，对气动特性的影响越大.      

光腔与扩压器的一体化优化数值模拟

采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明:传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场;通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低;同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。     

生物力学中片流的边界元分析

用边界元方法^[1,2]研究了生物力学中肺毛细血管血液的流动,并对肺毛细血管的SFH模型,SFC模型进行了数值模拟,给出血液流动的速度场及血管壁上的面力分布和压力分布.对肺毛细管内皮细胞受的切应力,数值计算表明,正常情况下,在0~4.64×10^-5N/cm²之间,这与Dewey实验结果^[8](0~5×10^-5N/cm²)相一致,肺胞的形态将按使呼吸膜受切应力值最小为原则构形.同时,本文方法还可为数值分析心血管内的血液流动提供一种有效的数值方法,这对生物力学和医学工程是有价值的.     

Analysis of Two-Phase Cavitating Flow with Two-Fluid Model Using Integrated Boltzmann Equations

In the present work, both computational and experimental methods are employed to study the two-phase flow occurring in a model pump sump. The two-fluid model of the two-phase flow has been applied to the simulation of the three-dimensional cavitating flow. The governing equations of the two-phase cavitating flow are derived from the kinetic theory based on the Boltzmann equation. The isotropic RNG$k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model of two-phase flows in the form of cavity number instead of the form of cavity phase volume fraction is developed. The RNG $k-\epsilon-k_{ca}$ turbulence model, that is the RNG$k-\epsilon$ turbulence model for the liquid phase combined with the $k_{ca}$model for the cavity phase, is employed to close the governing turbulent equations of the two-phase flow. The computation of the cavitating flow through a model pump sump has been carried out with this model in three-dimensional spaces. The calculated results have been compared with the data of the PIV experiment. Good qualitative agreement has been achieved which exhibits the reliability of the numerical simulation model.     

单隔间内氢气流动分布特性数值模拟与实验验证

以局部隔间氢气流动分布特性研究实验装置中的单个隔间作为几何结构,建立小空间内氢气分布数值研究的计算流体动力学分析模型,对不同湍流模型适用性展开讨论分析,通过对比实验数据和模拟数据,给出最优湍流模型的选择,进一步对低质量流量工况下氢气在小空间内的流动分布进行数值模拟。模拟结果表明:在选取的6种两方程湍流模型中,采用Realizable k-ε、RNG k-ε、Standard k-ε湍流模型计算得到的结果与实验值吻合较好,能够准确地反映氢气在小空间内的释放过程和分布情况;低质量流量工况下,氢气主流区域径向范围较小,氢气在容器中上部呈稳定均匀分布。     

可调谐液晶滤波器的调谐性能研究

在电调谐液晶法布里一珀罗腔滤波器的连续调谐过程中,存在“透射峰跳跃”现象,影响器件的单调调谐性。为了改善器件的单调调谐性能,对此现象进行了分析,表明这是由于法布里—珀罗腔干涉级次在调谐过程中发生改变引起的;进而给出了法布里一珀罗腔透射波长λ,干涉级次m与腔内介质折射率n的关系,以及器件实际的有效调谐范围。当腔长为10μm、折射率差为0．05时,就可以使器件的单调调谐范围达到整个C波段。数值模拟与实验结果相吻合。并针对改善器件的单调调谐性能,提出了几种可行的方案。