过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结的实验研究

针对入口压力为 0.20～0.60 MPa 的饱和蒸汽在 20～70℃过冷水中形成的过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结进行了实验研究.观察到了渐缩形、收缩-膨胀-收缩形、收缩-膨胀-发散形和发散形汽羽,汽羽形状主要由入口蒸汽压力和过冷水温度决定,给出了汽羽凝结形态分布图.同时,给出了汽羽的轴向和径向温度分布规律,在靠近喷嘴附近,温度变化幅度比较大,在远离喷嘴处,温度变化趋于平缓;汽羽的轴向温度分布与汽羽的形状密切相关.     

垂直管内蒸汽射流凝结流型研究

本文实验研究了垂直管内蒸汽射流凝结流型,通过安装在管道壁面的高频压力传感器获取蒸汽在流动水中凝结诱导形成的压力波动信号,统计提取能清晰表征不同蒸汽射流凝结流型的压力振荡特征。基于不同蒸汽射流凝结流动工况下压力信号的绝对值方差变化规律,对不稳定间歇振荡、不稳定界面振荡、不稳定气泡振荡/稳定凝结流型进行划分。再根据不稳定气泡振荡凝结流型所对应压力振荡信号的绝对值方差明显大于稳定凝结流型,将不稳定气泡振荡凝结流型从不稳定气泡振荡/稳定凝结流型中区分。通过本文建立的管内蒸汽射流凝结流型图,可以应用低系统压力下的流型变化来预测较高系统压力下的流型分布。     

摩擦阻力对双组分混合物自发凝结影响的研究

为了揭示摩擦阻力对喷管内双组分混合物自发凝结流动的影响,建立了双组分混合物自发凝结流动数学模型,对双组分混合物的不平衡凝结流动进行了数值模拟,给出了沿喷管轴向的相关参数分布,模拟结果与相关文献实验结果基本一致.利用该模型研究了摩擦阻力对双组分混合物自发凝结的影响,发现摩擦阻力的大小对喷管内双组分混合物自发凝结参数都有很大影响,因此在喷管加工中努力提高加工精度,尽量减小摩擦阻力对自发凝结的影响是重要的.     

超音速蒸汽浸没射流与凝结换热的实验研究

本文对压力为0.20～0.40 MPa的蒸汽在27℃环境水中超音速浸没射流与凝结换热进行了实验研究.实验与分析结果表明:流场分为汽羽、汽液界面、汽液两相混合区和环境水四个区域;随着蒸汽入口压力的增大,依次出现圆锥-椭圆双层汽羽、圆锥形汽羽和椭圆形汽羽;当蒸汽入口压力从0.20 MPa增大到0.40 MPa时,汽羽的无量纲穿透长度从2.20近似线性增大到4.20,射流平均凝结换热系数随着蒸汽入口压力的增大缓慢减小,其数值在0.67～0.80 MW/(m2·℃)之间变化.     

管内蒸汽射流凝结速度场特性研究

采用粒子图像测速仪(PIV)对圆管内横向蒸汽射流凝结速度场进行了测量。垂直圆管直径80 mm,喷嘴直径3.2 mm,喷嘴与管道壁面垂直,蒸汽射流雷诺数20192Re_s543763,动量通量比为25J400,过冷水温度为30T_w60°C。通过射流中心轨迹线,揭示了射流动量通量比、射流雷诺数和过冷水温度对速度场的影响规律。射流中心轨迹可用指数形式的曲线拟合,引入射流动量通量比J和射流雷诺数Re_s,得到中心轨迹线预测关联式,预测值在实验测量值30%以内。     

非均匀浓度氟里昂蒸汽-空气物系体积力膜状凝结放热的研究

本文进一步发展了日本学者Hijikata-Mori给出的均匀浓度逆向发展凝结放热模型及其非相似解:提出了非均匀浓度氟里昂蒸汽-空气物系体积力膜状凝结放热模型及其积分数值解;获得了不凝性气体浓度及其分布不均匀性对液膜厚度_l、气膜厚度、气液界面温度_i和局部换热量Q_x等参数的影响规律;利用天津大学凝结放热试验台模拟了一种常见非均匀浓度场(R_(113)-空气).进行了膜状凝结放热实验,其结果与理论解析相比较,具有良好的一致性.     

超音速蒸汽浸没射流凝结换热的实验研究

针对入口压力为0.20～0.50 MPa的饱和蒸汽在20～70℃过冷水中超音速浸没射流凝结换热进行了实验研究.结果表明入口蒸汽压力和过冷水温度是影响汽羽形状的主要因素.分子动力学理论得到的凝结换热系数在0.16～1.91 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加而增加;湍流强度理论得到的凝结换热系数在0.68～1.68 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加基本不变;对流换热理论得到的凝结换热系数在1.47～2.11 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加先增大后减小.     

湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法研究

在欧拉-欧拉、非结构有限体积框架下发展了湿蒸汽非平衡态凝结流动的数值方法。推导了基于真实物性,密度、内能和湿度全耦合的Roe通量。提出了适用于欧拉-欧拉法的三自由度TTSE水蒸气表。使用矩方法(MOM)和积分矩方法(QMOM)模拟水珠半径分布,并就时间推进时QMOM方法的不稳定现象给出了修正方法。通过两个无黏喷管和一个湍流平面叶栅算例进行了验证,表明本文的数值方法能比较准确地捕捉非平衡态凝结现象。     

蒸汽浸没射流凝结引起的冲击特性研究

本文在广泛的蒸汽压力和过冷水温度范围内,针对饱和蒸汽通过不同出口直径的喷嘴在过冷水中浸没射流凝结引起的压力冲击特性进行了实验研究,测量得到了不同轴向位置和径向位置的冲击压力,并分析了入口蒸汽压力,过冷水温度和喷嘴出口直径对冲击压力的影响规律。结果表明冲击压力主要受入口蒸汽压力和过冷水温度的影响;同时,当汽水参数以及无量纲轴向和径向距离相同时,不同出口直径的喷嘴对应的冲击压力变化很小,从而表明喷嘴出口直径对压力冲击影响很小。     

含CO_2的蒸汽凝结换热实验研究

钙基吸收剂锻烧碳酸化循环法能够有效地控制CO2的排放,其中CaCO3的煅烧过程中加入适量水蒸气能够降低煅烧温度,节约成本,对尾气进行冷凝处理能够得到相对浓度较高的CO2,研究了含CO2的蒸汽在水平圆管上的凝结换热特性,从气相边界层与液膜变化的角度对实验结果做出了解释,并总结了凝结换热经验公式。     

垂直管内音速蒸汽射流凝结汽羽形状研究

本文针对质量流量376～773 kg·m^-2·s^-1的饱和蒸汽在温度变化范围为10～55℃流动水中形成的音速蒸汽射流凝结进行了实验研究。实验观察到了四种不同的汽羽形状,并且汽羽形状受Re影响较大。当Re与凝结驱动势减小时,最大膨胀比和汽羽喷射长度增大,其值小于蒸汽音速射流在静止水中的情况。本文给出了汽羽喷射长度实验关联式,大多数实验数据与预测值的误差小于10%。     

蒸汽喷入过冷液面接触冷凝实验研究

对饱和蒸汽垂直喷入过冷液面直接接触冷凝进行了可视化实验,观察到近液面层汽液两相作用区的凝结现象,研究了系统压力响应特性,提出将蒸汽凝结过程分为"压力平衡"和"压力稳定"两个阶段,根据实验结果回归了不同凝结模式下平均凝结换热系数的实验关联式.通过对温度场的分析、得到了热水层的分布规律.     

超音速蒸汽浸没射流凝结汽羽形状的实验研究

本文对入口压力为0.20～0.50 MPa的饱和蒸汽在20～70 ℃过冷水中超音速浸没射流凝结所形成的汽羽的形状进行了实验研究.实验结果表明:根据汽羽膨胀的次数,汽羽形状主要有渐缩形、膨胀-收缩形、双膨胀-收缩形、收缩-膨胀-再收缩形和发散形五种;汽羽的穿透长度随着蒸汽入口压力的增大和过冷水温度的上升而逐渐增大;对于设计压比分别为0.318和0.113的喷嘴,汽羽的无量纲穿透长度分别在3.45～12.62和2.40～9.81之间,明显小于相同条件下音速蒸汽浸没射流凝结所形成的汽羽无量纲穿透长度.同时,在理论推导的基础上给出了计算汽羽无量纲穿透长度的实验关联式,其预测值与实验值误差小于18%.     

过冷水中水蒸气气泡生长分离的数值研究

基于分子动力学理论,建立了气泡冷凝换热模型,对水蒸气气泡在过冷水中的生长和分离过程进行了数值研究,分析过冷度、进口速度和壁面接触角对气泡生长和分离的影响,并与无相变过程进行了对比。研究表明,随着过冷度的提高,气泡在分离时的体积减小,且当过冷度高于一定值以后气泡不能分离;随着蒸汽进口速度的增加,气泡的生长和分离时间减小,且能够分离的临界温度增大;当壁面的静态接触角小于一定值时,气泡的生长和分离时间不变;随着静态接触角的继续增大,气泡的分离时间增加。     

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大.且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.     

一维喷管中湿蒸汽非均质凝结流动的研究

本文研究了湿蒸汽流中的非均质凝结流动现象,建立了自发凝结流动和非均质凝结流动统一的数值模型,并对一维喷管中的非均质凝结流动进行了数值分析。结果表明,蒸汽中杂质微粒浓度是影响非均质凝结流动的主要因素,在微粒浓度达到 10~(13)～10~(14)/kg 后杂质开始对凝结流动产生明显影响;在微粒浓度约为 10~(14)～10~(16)/kg 的范围内,外来凝结核并没有抑制流动热力学不平衡的发展,反而使其程度加深;在微粒浓度大于 10~(17)～10~(18)/kg 的情况下,足够多的外来凝结核充分抑制了非平衡条件下的自发凝结,整个流动过程中蒸汽始终处于平衡态附近。此外,微粒半径等因素对非均质凝结流动也有影响。     

R-113-空气系膜状凝结放热的实验研究

近年来学术界对蒸汽-不凝性气体物系凝结问题的研究十分重视.认为它是节能和能源技术开发中一项重要的研究课题.在能源(包括火电、制冷、热泵、地热、余热、太阳热及海洋热等)转换系统中,由于系统内残留空气、工质中溶解的空气以及长期运行工作流体受热可能分解出的不凝性气体的存在,将使凝结换热装置的传热性能大幅度下降。本文     

管径与倾角对蒸汽-空气冷凝特性影响实验研究

对于轻水反应堆核电站,在发生反应堆失水事故情况下,大量的高温高压蒸汽喷放进入安全壳后,含空气的蒸汽冷凝是安全壳内重要的物理现象之一。先前的研究提出了若干实验关联式,它们包含了压力,浓度,壁面过冷度等热力参数对冷凝传热系数的影响。但是,目前仍缺少管径、倾角等几何参数对冷凝传热系数的影响研究。因此,本研究在压力0.15～1.6 MPa,过冷度30～120℃范围下开展了不同管径、倾角条件下含不凝性气体蒸汽冷凝传热的特性实验。对三种不同管径(19 mm、15 mm、12mm)五种不同倾角(0°、30°、45°、60°、90°)的传热管进行了传热特性分析。结果表明,随着管径的减小和倾角的降低,冷凝传热系数随之增加。基于本研究和国内外相关实验的2276个实验数据点,提出了一个包含管径和倾角的实验关联式,它在95%置信度下的误差在±15%以内。     

蒸汽流速对竖直管外Marangoni凝结换热特性影响的实验研究

本文在不同蒸汽流速下对水-酒精混合蒸汽在竖直管外Marangoni凝结换热特性进行了实验研究.结果表明:在相同蒸汽压力下,混合蒸汽在竖直管外凝结换热系数随蒸汽流速的增加而增加.当蒸汽酒精浓度较低时(1%、2%、5%),凝结换热系数随流速的增加而明显增加.当蒸汽酒精浓度较高时(20%、50%),流速的增加对凝结换热系数影响较小.这主要是由于蒸汽流速在低酒精浓度下对凝结扩散层热阻的影响大于在高酒精浓度下对扩散层热阻的影响.