等热流密度加热垂直下降液膜的研究

利用等热流密度加热条件下降膜流动的三维模型方程进行线性稳定性分析和数值模拟。线性稳定性分析表明,模型方程在小到中等Reynolds数下都适用,并且流向不稳定性增长率随着Reynolds数和Marangoni数增加而增加,展向不稳定性增长率则随着Marangoni数增加而增加,随着Reynolds数增加而减小,流向和展向对扰动波数都存在一个不稳定区间。三维数值模拟表明,在等热流密度加热条件下,液膜在随机扰动的情况下最终会形成带孤立波的三维溪流状结构,液膜与气体的换热也因溪流状结构的出现而加强;在随机扰动的基础上引入占优势地位的展向最不稳定扰动会使得换热增强,液膜会提前破裂;在随机扰动的基础上引入占优势地位的流向最不稳定扰动时,液膜的换热会增强,但不会提前破裂;在随机扰动的基础上同时引入占优势地位的流向和展向最不稳定扰动时,换热会加强且液膜会提前破裂。     

饱和下降液膜的稳定性研究

通过简化表面张力、蒸汽压力和液膜波动之间的关系,用线性理论分析了饱和液膜在等温竖壁上的流动稳定性,讨论了雷诺数、波数、壁面和液膜温差及流体物性变化的影响。     

过冷下降液膜破裂的分析

用简化的横向形变模型和干斑模型对过冷受热下降液膜的破裂进行分析 ,取消了膜内温度为线性分布的假设 ,考虑了壁面尺度和液固配合的影响 ,提出了形变区长度和破裂膜厚的表达式 ,讨论了分析的合理性     

下降液膜层流换热发展段中的积分分析

对等温竖直壁面上层流液膜发展段的流动换热进行了理论分析 ,用积分法得到并求解了速度和温度边界层的积分方程式 ,求得了发展段的流动和换热特性的变化规律 ,讨论了进口流态和普朗特数对换热的影响。     

下降液膜在逆向流动空气作用下的换热

以下一代核电站反应堆安全壳非能动冷却为背景，对竖直管内过冷下降液膜在逆向空气．水蒸汽流动作用下的换热提出了一个分析模型，对液膜采用边界层近似理论，对空气．水蒸汽混合气采用由热质传递比拟理论引出的关联式进行分析，考察了各种条件下液膜的厚度、温度、吸收热量与蒸发热量沿流向的变化，与相关研究进行了对比，表明了模型的合理性。     

海事直升机垂直下降涡环状态实验研究

直升机涡环状态严重影响飞行安全,其气流特性非常复杂,难以准确计算。本文在旋臂机设备上开展了涡环状态的专题实验,首先介绍了旋臂机的组成以及模型子系统、控制子系统和测试及数据采集子系统的工作特点。然后说明实验过程及实验数据处理方法。进行了不同总距、不同下滑角以及不同垂直速度的直升机下降实验,并测量其气流特性。最后以实验数据为基础,分析了在悬停状态、低速下降状态、涡环状态前期、中期及后期扭矩平均值和脉动幅度、拉力平均值和脉动幅度随下降速度的变化关系,确定了涡环状态的一般规律,探讨了涡环状态的改出方法。本文结果可为保证飞行安全提供参考。     

等离子体射流中局部热流密度与局部离子饱和电流密度的测量

我们测量了受等离子体射流绕流的圆柱形探针上的局部热流密度与局部离子饱和电流密度.实验装置如图1所示.等离子体射流发生器采用了切向进气和阳极喷口长径比比较大(30/8毫米)的设计,工作稳定,出口参数轴对     

圆环旋转粘性液膜射流三维不稳定性研究

利用线性稳定性理论进行了射流液体粘性对圆环旋转液膜射流稳定性影响的研究,推导出了三维扰动下具有固体旋涡型速度分布的圆环旋转粘性液膜射流的色散方程;在此基础上进行了类反对称模式与类对称模式下的圆环旋转粘性液膜射流的三维不稳定性分析。研究结果表明,在类反对称模式下,液体粘性超过一定值后,射流最大扰动增长率随液体粘性的增加而迅速减小;轴对称模态的射流特征频率产生一个突降变化;随液体粘性增加,轴对称模态不稳定波数范围减小,非轴对称模态不稳定波数范围呈现出先减小后增大趋势。在类对称模式下,液体粘性对射流最大扰动增长率的影响主要体现在对非轴对称模态的影响上;液体粘性只在粘性较大时才会对非轴对称模态射流特征频率产生一定影响;液体粘性超过一定值后,轴对称模态与非轴对称模态的不稳定波数范围都会快速下降。     

热流密度/对流换热边界下双向梯度板的瞬态温度场分析

采用有限单元-有限差分法研究了热流密度/对流换热边界条件下双向梯度板的瞬态热传导问题。采用细观力学方法结合混合律准则描述了材料的热物理属性,通过推导一种8节点高阶双向梯度单元建立了结构的连续梯度有限元模型。计算给出了在考虑组份属性的温度效应下,温度场的时间响应历程以及不同时刻温度场的空间分布形式,并与材料属性温度无关时的计算结果进行了比较,最后讨论了相关参数对瞬态温度场的影响规律。结果表明：温度较低时,组份属性的温度效应对瞬态温度场影响很小;在 y 方向热流密度载荷的作用下,温度场沿 x、y 方向均存在明显的梯度;x 方向组份体积分布系数的增大,延长了温度场达到稳态需要的时间,绝对温度梯度沿 x、y 方向均增大,稳态温度场升高;增大 y 方向组份体积分布系数的值,情况相反。     

考虑甲烷溶解效应的液膜密封稳态性能研究

针对油气混输工况密封腔内含气率变化所引起的液膜承载力不稳定问题,考虑密封腔内油气两相介质的互溶性特征,将溶解度方程引入包含Jakobsson–Floberg–Olsson (JFO)边界条件的广义稳态Reynolds方程,建立了考虑甲烷溶解效应的液膜密封润滑模型.采用有限差分法求解该溶解润滑模型,研究了液膜压力、甲烷溶解度及油相黏度之间的相互影响机制.在不同的螺旋槽结构参数与工况条件下,对比分析了甲烷溶解效应对液膜密封机理及密封性能的影响.结果表明：甲烷溶解效应在液膜高压区对油相黏度影响大;考虑甲烷溶解时所得的液膜开启力减小、空化率增大、摩擦系数增大以及泄漏量减小,且液膜动压效应越强时甲烷溶解效应对密封性能的影响越大.在高压及输送油气介质时,气体溶解对密封性能的影响不可忽略.     

垂直湍流液-固流中大颗粒的相对速度

通过量纲分析和实验测量,对于垂直、局部均匀的湍流稀态液一固流中,大颗粒的相对速度,建立了无量纲参数表达式．用分析和实验相结合的方法,确定了表达式中无量纲参数的幂次及有关系数．实验中用激光多普勒分相测量技术,分别测出流体和颗粒的时均速度结果表明,大颗粒相对速度强烈依赖于流体雷诺数,当流体雷诺数较高时,其幂次渐近于1.5。     

高超声速边界层液膜演化过程和冷却机理研究

高超声速液膜冷却技术是通过一系列狭缝或孔洞压出冷却工质,在飞行器表面边界层形成一层低温冷却膜,阻止高超声速气流对飞行器的气动加热.其作为一种主动冷却方式在高超声速飞行器表面热防护有着巨大的应用潜力.文章采用数值方法,结合VOF模型,研究25 km飞行高度和Ma=5气流条件下的液膜铺展情况,并通过不同冷却工质的入射速度、角度、表面张力和黏性系数条件,讨论了液膜在平板上的演化过程和冷却机理.结果表明,在气流作用下,液膜向壁面下游发展,液膜的存在导致边界层分离,连续液膜会在一定位置断裂为液块,然后进一步破碎为液滴.入射条件和液体性质的改变,会影响液膜沿流向的发展,具体表现在连续液膜断裂点的位置和连续液膜的厚度.在所设定的计算域内,壁面热流降低了80%～95%,液膜对壁面的冷却效率随着液膜形态的变化而变化.     

垂直上升气液环状流流动参数的数值计算

提出了一个新的气核-液膜耦合模型来求解垂直上升气液环状流在充分发展段的流动参数.本模型考虑了液膜、气核以及它们之间的相互影响和作用.模型中基本的气核区域和液膜区域的质量和动量方程由Fluent6.3.26进行求解,而液滴方程以及相界面上的夹带和沉积作用通过用户自定义接口函数UDF(User Defined Functi...     

微管内气液两相流中液膜厚度的实验测量

微通道内气液两相流中气柱(plug bubble)与通道壁之间液膜厚度的实验测量,是微热管、微流动、微电子冷却以及气泡雾化等研究中普遍关注的问题.本文利用基于光学干涉和快速傅立叶变换的空间频谱分析方法,实验测量获取了含表面活性剂水中气柱在750μm 通道内运动时其与通道壁面之间的液膜厚度.实验结果表明:表面活性剂对液膜厚度的影响比较明显,即当表面活性剂浓度在一定范围内增大时,液膜厚度会减小;此外,当气柱运动速度在一定范围内增大时,液膜厚度也会减小.     

微管内气液两相流中液膜厚度的实验测量

微通道内气液两相流中气柱（plugbubble）与通道壁之间液膜厚度的实验测量，是微热管、微流动、微电子冷却以及气泡雾化等研究中普遍关注的问题。本文利用基于光学干涉和快速傅立叶变换的空间频谱分析方法，实验测量获取了含表面活性剂水中气柱在750μm通道内运动时其与通道壁面之间的液膜厚度。实验结果表明：表面活性剂对液膜厚度的影响比较明显，即当表面活性剂浓度在一定范围内增大时，液膜厚度会减小；此外，当气柱运动速度在一定范围内增大时，液膜厚度也会减小。     

垂直向上气液两相流中两相斯托拉赫数的研究

试验研究了三角形、T形两种形状4种规格的物体,在垂直上升气液两相流中,发生气液两相涡街时,气液两相斯托拉赫数的变化规律,在测得大量数据的基础上,得出了发生气液两相涡街时,气液两相斯托拉赫数的通用关系式,研究表明,气液两相斯托拉赫数在两相工况下为一变数,其值与来流截面含气率、涡街发生体形状和特征尺寸、来流方向等因素有关,应用此关系式,根据测得的两相涡街频率可将涡街发生体作为测量两相流流量与组分的测量元件。     

微尺度热沉结构对非均匀高热流密度芯片的降温效能分析

利用有限元分析方法,对直槽道和圆形局部加密微针肋结构在相同入口压力下,均匀与非均匀热源的传热性能进行了比较。模拟结果表明:对于低雷诺数流动,在所取压力工况下,直槽道传热效率均弱于微柱群柱状热沉;对于均布热源,顺排微柱热沉的传热性能较好;对于集中热源,热源附近进行局部加密的顺排微柱群传热性能较好。     

垂直下降管中两相流的流型以及液相粘度对流型的影响

对空气－油在垂直下降管中的流型进行了实验研究，采用的管径为２９ｍｍ，油和空气的折算流速分别达到４ｍ／ｓ和２０ｍ／ｓ，并借助于压降脉动分析和目测观察相结合的方法来进行流型的识别。研究表明，油气两相流的流型不同于低粘液体的两相流流动，通过实验研究并结合前人的研究成果，给出了液相粘度对流型转变的影响趋势。     

中性润湿平板上液膜的惯性收缩

液滴撞击平板的动力学机理研究具有重要的理论与工程价值, 对该过程中液滴的形貌变化及主要影响因素的研究是科学技术界关注的重点之一. 液滴在高速撞击平板达到最大铺展半径以后发生毛细-惯性收缩, 收缩速率满足类Taylor-Culick公式. 结合实验与有限元方法, 对平板上铺展液滴的收缩过程进行了研究. 结果表明, 在中性润湿(接触角约为90°)平板上液滴/液膜的收缩在经历上述收缩过程以后, 会有一个慢匀速收缩过程, 速度约为第一阶段收缩速度的1/10. 对后一阶段的撞击参数影响测试显示, 该收缩过程主要与液体密度、液膜初始形状有关; 而与液体黏性、壁面润湿条件等无关——其仍然是一种毛细-惯性机制主导的液面演化行为, 类似于液体射流的Rayleigh-Plateau失稳. 尽管黏性效应对于液滴撞击的铺展行为有明显影响, 但上述结论在10倍黏性的液体测试中仍然成立. 本研究可以为液滴反弹机理研究和相关工艺控制提供参考.