真空环境液体闪蒸射流实验研究

本文实验研究了蒸馏水经内径0.226 mm、长度16.5 mm薄壁不锈钢直管向真空环境排放时形成的液体闪蒸射流现象.实验观察到3种射流形态。在液体初始温度低于背压所对应的饱和温度时,液体不会发生闪蒸,液体射流喷出后保持完整;反之,液体表面蒸发会导致液体射流核周围出现不规则蒸发波,射流破碎散落;进一步降低背压,会使得射流一出喷口即快速破碎形成扩张角大于90°的雾状射流。射流流量在背压低于某个临界数值时出现壅塞现象,即流量不再随背压降低而增加,表现出强烈的可压缩流动特征。     

快速减压条件下液滴热动力学行为的实验研究

实验研究了快速降压过程中悬挂单水滴闪蒸/冻结过程,得到了典型条件下液滴闪蒸/冻结过程的热动力学特征,并基于实验观测结果,探讨了不凝气体对液滴闪蒸/冻结热动力学过程的影响。实验发现,起始冻结时的液滴过冷度近似为常数,而再辉温度对应于终态蒸汽分压所确定的气固相变平衡温度。这些结果有助于正确预言高真空环境中的液滴闪蒸/冻结特征。     

超声速气流中液体横向射流的非定常特性与振荡边界模型

针对液体圆柱射流垂直喷入超声速横向气流中的非定常分布特性开展实验研究, 并建立穿透深度方向上的射流振荡分布模型. 利用脉冲激光背景成像方法“冻结”拍摄马赫2.1(Ma=2.1)气流中煤油射流/喷雾瞬态图像, 结合最大类间方差法(Otsu)和Canny算法提取瞬态图像特征, 基于统计方法并引入间歇因子(γ)定量描述射流振荡分布特性; 通过研究多参数协同作用下的射流振荡分布规律, 提出振荡分布数学模型, 研究的参数变量包括超声速来流总压(642-1010 kPa)、 液体喷注压降(0.36-4.61 MPa)、液体喷嘴流道直径 (0.48 mm/1.0 mm/1.25 mm/1.52 mm)、距离喷嘴的流向距离(10-125 mm)以及液气动量通量比(0.11-7.49). 研究中利用射流振荡分布模型成功预测出水射流在Ma=2.1气流中的的振荡分布, 预测分布与实验结果符合良好.     

纯水循环闪蒸显热转化率的实验研究

循环闪蒸中初始液膜具有水平速度,使得循环闪蒸特性与静态闪蒸具有很大的不同。本文设计并搭建了循环闪蒸实验台,研究了在不同主循环流量(400,600,800,1000,1200 L·h~(-1))、闪蒸腔压力(7.4,12.3,19.9,31.2 kPa)和初始液膜高度(140~250。mm)下纯水循环闪蒸显热转化率随进口过热度的变化规律。实验结果表明,循环闪蒸显热转化率随着进口过热度先减小后增大。在同一过热度条件下,循环闪蒸显热转化率随着闪蒸腔压力的增大而增大,随着初始液膜高度增大而减小,随着主循环流量的增大而略有增大。     

静态闪蒸过程中的单个汽泡成长实验研究

本文设计搭建了静态闪蒸实验台,对NaCl溶液静态闪蒸过程中的汽泡成长进行了可视化实验研究。实验中,液膜初始浓度为0~0.2,初始温度93~96℃,真空腔初始压力0.01~0.03 MPa。结果表明:真空腔初始压力的降低,对汽泡相对半径的变化率起到促进作用。NaCl溶液中汽泡相对半径的变化较纯水中更加快速,但在不同浓度的溶液中这一变化并不明显。同时建立了物理模型,并对该模型进行了数值计算,得到数值解。所得的计算值基本与实验值相趋势基本一致但还有待改进。     

固体吸附条件下闪蒸实验特性

基于闪蒸理论,设计了一套吸附作用下真空制冰的实验装置。在不同的闪蒸压力下(270Pa、420Pa、820Pa),对有无吸附作用的真空闪蒸实验特性做了对比;通过改变吸附剂(沸石分子筛)的质量和载冷介质温度,探究最佳吸附条件。实验结果表明:与无吸附作用相比,有吸附剂时,温度和压力升高速度小,冰水混合状态持续时间长,有结晶现象发生时,压力曲线出现上升突变现象及平台区;初始压力越高,压力变化曲线的平台越明显,吸附效果越好;吸附率与吸附剂质量有关;随载冷温度下降,吸附效果下降,载冷温度过低不利于吸附。     

用两束真空紫外激光和离子速度成像方法测量~(12)C~(16)O分子在108000～113200 cm~(-1)能量范围的解离通道分支比:生成O(~1D)通道的观测（英文）

本文利用两束可调谐真空紫外激光和离子速度成像的方法测量了CO在108000～113200 cm~(-1)光解离通道分支比[C(~3P_0)+O(~1D)]/{[C(~3P_0)+O(~3P)]+[C(~3P_0)+O(~1D)]}和[C(~3P_2)+O(~1D)]/{[C(~3P_2)+O(~3P)]+[C(~3P_2)+O(~1D)]}.本文先用一束真空紫外激光将CO分子激发至特定的高激发量子态并发生解离,接着用另一束真空外激光选择性地电离C(~3P_0)和C(~3P_2)并进行探测.1VUV+1UV/visible共振增强多光子电离的方法大大提高了实验的探测灵敏度,使得之前没有观测到的较弱的吸收带也首次被观测到.通过分支比的测量,发现自旋禁阻的解离通道C(~3P_0)+O(~1D)和C(~3P_2)+O(~1D)只在某些分立的较窄能量范围内才能被观测到.这可能是由于直接激发的高里德堡态和解离到上述自旋禁阻通道的价态在这些能量范围内发生了共振的自旋-轨道耦合相互作用.     

过热液滴闪蒸过程数学模型的建立与应用

本文以闪蒸蒸发机理的特殊性为出发点,基于过热液滴闪蒸所需热量由其内部过热能量提供这一理论基础,建立了全新的过热水滴闪蒸的现象学模型,使用MATLAB/Simulink进行求解,通过实验验证其有效性。经计算得出了闪蒸过程中液滴温度、直径、质量、蒸发速率和蒸发率的变化规律,并利用控制变量法,研究初始温度、闪蒸压力和液滴粒径对液滴温度变化、蒸发速率、蒸发率和闪蒸时间的影响,得出了具有代表性的结论。     

过冷沸腾气泡行为的实验研究

本文采用拍摄速度为10000帧/秒的高速摄影仪对不锈钢箔表面的过冷沸腾现象进行了可视化实验研究。实验结果与用微液层模型理论预测的结果一致。高过冷度区域的沸腾换热机理主要是由气泡生长、消失过程中温度边界层的强制排除(所谓强制对流)引起的。气泡周期主要由等待时间构成,这在过冷度高的情况下尤为显著。对等热流密度换热面,微液层模型预测的气泡周期与实验值比较吻合。     

初始条件对瞬态闪蒸过程的影响

实验研究了初始水温、过热度及水位高度对方腔内池水闪蒸瞬态过程的影响,利用可视化方法观察了闪蒸现象变化特点.实验条件为:水位高度40 mm.60 mm、100 mm、150 mm,初始水温50～88℃,过热度3～35℃.实验结果表明:初始水温一定,过热度越大,水温变化越快,闪蒸现象越剧烈;过热度一定,仞始水温变化对水温随时间的变化影响不大;水位高度增加液体温度下降速度减缓,闪蒸结束后液体温度越高.根据对实验数据的分析,拟合得出了瞬态闪蒸过程的特性关联式.     

液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.     

水喷射淬冷高温壁面的传热实验研究

本文采用直接表面温度测量的方法对水喷射高温壁面的传热过程进行实验研究．系统地研究了射流出口速度、冷却水过冷度、喷嘴至加热面的间距、初始壁温以及水喷雾的流量密度等参数对淬冷表面的膜态沸腾、最小临界点、过渡沸腾、最大临界点等传热过程的影响，给出了有关实验结果，分析了它们的特点。     

NaCl溶液静态闪蒸前后液膜浓度变化的实验研究

论文设计搭建了静态闪蒸实验台,对NaCl溶液静态闪蒸平衡时刻闪蒸腔剩余液膜浓度变化进行了实验研究。实验中,液膜初始浓度为0~0.26,液膜初始厚度为0.1~0.4 m,过热度为2~43℃。结果表明:剩余液膜浓度的变化是蒸发和蒸汽携带二者共同作用的结果;剩余液膜浓度随过热度的增大而增加,当过热度相同时,随液膜初始浓度和液膜初始厚度的增加而提高。浓缩比随过热度的增加而提高,随液膜初始浓度的增加呈现先增加后减小的趋势。     

过冷沸腾非均相汽泡界面特性分析

本文针对过冷沸腾中汽泡顶部射流现象进行分析与模拟。建立汽泡界面模型,考虑蒸发凝结以及Marangoni效应。利用CFD软件Fluent6.0对模型进行计算分析,成功模拟得到泡顶射流流场。模拟结果无论是流场结构,还是流场强度,都与实验一致吻合,充分证明泡顶射流由Marangoni效应引起。     

燃料射流与空气协流混合中的自点火预测研究

预混燃烧室燃料与空气混合过程中出现的自点火会引起回火与挂火,烧毁燃料喷嘴。针对这一问题,利用实验台模拟贫燃燃烧室预混过程,燃料射流与预热后的空气协流同向喷入石英管预混段中,研究自点火现象。本文结合机器学习和物理规律分析,开展湍流混合过程的自点火预测研究。基于二元逻辑回归建立了机器学习模型,模型的特征由分析影响自点火的物理规律得到,训练和校验模型所需的数据由燃料射流-空气协流的自点火实验获得。结果显示,机器学习方法能快速、准确地预测混合过程中自点火的发生和火焰类型,并揭示其关键影响因素。与传统的数值计算方法相比,机器学习方法预测自点火所需的时间仅为传统数值模拟方法的几千分之一。     

气膜冷却计算中湍流黏性系数的修正

燃气轮机高温叶片气膜冷却中的复杂涡系结构使得流动传热很难被准确预测.本文基于平板气膜冷却数值和实验研究结果,指出雷诺平均算法中常用的湍流模型在射流侧向输运和二次涡的捕捉上具有相当的局限性.文中对湍流黏性系数提出了各向异性对数率涡黏模型(ALEV模型)修正,基于ALEV模型修正后的湍流模型增强了射流的侧向输运,减弱了二次...     

圆形液体浸没射流冲击沸腾起始点的实验研究

本文严格按照实验程序,首次系统地研究了沸腾起始点受圆形浸没射流冲击速度大小、液体流动方向、液体过冷度和喷嘴直径等因素的影响,将沸腾终止点与理论值进行了比较。结果表明：起沸点随液体过冷度增加而降低,与其它因素无关。并从强润湿性液体沸腾机理的角度对起沸点的影响因素给出了相应的解释。     

喷雾参数对闪蒸冷却换热效果影响的数值研究

真空闪蒸冷却是利用液体工质在真空环境下迅速闪蒸吸热的特点来冷却加热表面的新型冷却方式,其充分利用工质潜热,散热能力强,在航天热控方面有广阔的应用前景。本文用数值研究了喷雾张角、喷雾高度、喷雾压力对水工质闪蒸冷却换热效果的影响。研究结果表明:喷雾压力越大、高度越小,发热表面温度越低,换热量越大,表面温度不均匀性越小;30°喷雾张角比60°换热效果好。本文的研究结果为闪蒸器的优化设计提供了理论基础。     

蒸发和着火模型对甲醇射流火焰模拟的影响

为了提高甲醇射流火焰数值模拟的精度,本文首先通过实验得到了甲醇蒸发率与温度的关系曲线,形成新的两相传质关系;其次应用基于Frank-Kamentsky近似的液滴着火模型和新的蒸发模型对某甲醇空气射流火焰进行了数值模拟,将应用已有模型、仅应用蒸发模型、同时应用蒸发模型和着火模型(混合模型)的预报结果与实验结果对比检验。结果表明,应用蒸发模型的预报结果比已有模型的模拟结果更接近实验值,混合模型的预报结果最好。     

阵列射流冲击冷却局部对流换热特性的数值计算与试验验证

本文运用数值计算的方法对具有初始横流的阵列射流在不同的排列方式、冲击间距和横流/射流质量流量比下 的流动换热进行了三维数值研究,并采用热色液晶测试技术对阵列射流冲击的冷却表面温度分布进行了试验研究。获得了 每一股射流的冲击冷却局部对流换热系数分布的特征,研究结果表明本文的计算结果与实验特征是基本吻合的。