水平圆管通道内热磁对流的实验研究

由于温度分布不均匀而导致磁场中的磁性流体受到非平衡的磁场力作用,而发生流动的现象,称为热磁对流。它是一种由体积力驱动的类似自然对流的流动,可以通过设计合适的磁场来控制热磁对流的强度和方向。本文对水平圆管通道内热磁对流进行了实验研究,测量了通道内及壁面的温度分布,并通过两种不同的方法根据实验测得的温度分布估算了热磁对流的流量和速度的大小。     

温度敏感型磁流体热磁对流特性研究

建立了描述外磁场作用下温度敏感型磁流体热磁对流特性的数学模型,数值模拟了回路中热磁对流的流动与传热特性.搭建了磁流体热磁对流回路装置,采用粒子示踪测速技术(PIV)测量了磁流体的流速,用热电偶测量了磁流体的温度分布.通过实验值和数值模拟结果,分析了不同磁场大小、不同热负荷,以及不同冷却温度下回路的运行特性.     

不同磁致纵向涡形式对空气对流换热的影响

为揭示不同磁致纵向涡对通道内空气对流换热的影响规律,分别就两极和四极钕铁硼永磁体作用下的矩形通道内的对流换热进行了数值模拟。模拟以通道入口段的流动和换热为对象,得到了不同Re和不同壁温下的流场和温度场, 对流换热的Nu和阻力系数,以及场协同数Fc。结果表明,不同纵向涡形式下的流场和温度场的协同性不同,具有八纵向涡形式的对流换热的协同性优于四纵向涡形式,强化效果也优于四纵向涡。     

非均匀磁场中磁流体热磁对流的实验研究

建立了测量非均匀磁场条件下圆柱腔体内磁流体热磁对流特性的实验系统,实验结果显示,磁流体热磁对流特性受磁场强度、温差以及磁场梯度方向与温度梯度方向之间关系的控制,当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时,外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程,且随着磁场强度和温差的增大,热磁对流强度加强。当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时,磁流体的热磁对流强度最剧烈。     

封闭方腔热磁对流强化换热的实验研究

自然对流是由非保守体积力驱动的流体流动,这种体积力可以是重力、离心力以及电磁场力等;通过外加梯度磁场来影响流体的流动,产生强化换热效果的方法是一种新型的强化技术．本文利用永磁体产生0．3 g左右的加速度,采用马赫干涉仪对封闭方腔内空气的热磁对流的强化换热现象进行了实验研究,得到了温度场的干涉图像,并与理论模拟结果进行了比较,发现磁场对空气的自然对流换热有一定的强化作用．     

聚变堆同芯母管流速分布的MHD效应研究

磁约束聚变堆中的液态金属包层等部件处于磁场之中,在磁流体动力学效应的影响下,液态金属的流速分布及压降会随磁场不同而改变。本文基于相容守恒格式,对液态锂铅包层中的重要结构同芯母管,在磁场作用下的流速分布进行了数值模拟。对不同方向加磁场的计算结果表明,磁场会对其所在方向上的流动产生拉平效应,对于同芯母管而言,沿宽度方向所加的磁场能使流量在不同出口管道之间均匀分布,沿高度方向所加的磁场主要使同一出口管道中流速均匀分布,而对于管道间的流量分布作用较小。     

磁热场协同作用下的传热传质强化

通过三维非稳态动量和能量方程的模拟,对圆管通道内空气的磁热风作用机理进行了分析。得出了无量纲长径比为 20、30、62和100,带电线圈和管道的直径比从2到200时磁场密度的梯度的影响规律。磁场与温度场的协同作用改变了速度和温度边界层的分布,存在最优条件下的强化传热、传质效果。     

磁场对水平温度梯度下双层流体热对流的影响

在水平温度梯度下,双层流体交界面的表面张力会出现梯度,驱动热毛细对流运动,造成热剪切层内的扰动.本文数值模拟了不同重力条件下,双层流体内的对流现象,得出了在微重力时,对流运动将引起热剪切层内强烈的扰动.为了减弱这种扰动,我们利用磁场对流体的运动进行控制.为此,又对微重力条件下,不同方向应用磁场下的热剪切层内扰动行为进行了数值研究,结果显示,磁场对热剪切层稳定性有促进作用,加入法向的应用磁场最为有效.     

肿瘤组织磁流体热疗过程中的影响因素分析

以治疗肿瘤的热疗中的传热传质过程为研究对象,分析磁流体直接注入肿瘤中的过程,建立了肿瘤组织中的磁流体流动、对流-扩散模型及生物传热模型。采用有限元方法对模型进行数值求解,获得了肿瘤组织内的浓度分布和温度分布特征,分析了磁流体体积流速、颗粒剂量和磁场参数等因素对于温度场的影响。结果表明,在研究参数范围内,在一定注射总量下采用低输注速率、高体积浓度、高磁场强度和频率会使肿瘤中达到有效治疗温度的体积增大,从而提升治疗效果。采用多点注射的方法不仅能够增加有效治疗体积,而且能够降低肿瘤中心最高温度,避免出现过热区域。所用的研究方法与研究结论对于肿瘤组织磁流体热疗研究具有参考意义。     

高温超导圆柱在不同脉冲宽度磁场作用下的温度和磁场分析

多脉冲分段冷却磁化技术是获得强俘获磁场的一种有效方法,近年来受到广泛关注,脉冲磁场的幅值和宽度是影响该方法的两个重要因素。文中通过求解基本的超导电磁场和温度场耦合方程,研究了两种不同脉冲宽度情形下脉冲磁化过程中超导体磁场和温度场的变化。结果表明,宽脉冲作用下超导体在磁化过程中温度较低,分布均匀,而且有更多磁通进入超导体。     

竖直管道内湍流混合对流换热研究

本文对空气在竖直圆管中的湍流混合对流换热进行了实验研究和数值模拟,并对异种气体(氦气)对混合对流换热的影响进行了初步的实验研究。研究发现,空气在竖直圆管中向上流动时,随着热流密度的不断增大,出现换热恶化现象。如果浮升力足够大,则换热效果在降到最低点后又好转。在实验过程中,由于实验条件所限没有发现异种气体对混合对流换热有显著的影响。     

微胶囊化相变悬浮液层流传热强化的参数分析

通过对微胶囊相变悬浮液管内层流恒热流对流换热的数学建模和模拟计算,获得在恒热流加热边界条件下,不同参数匹配时相变糊状区的确切范围以及固液相变两条相界面的数值结果。利用该模型对影响悬浮型固液两相流传热特性的诸多参数进行了比较细致的定量分析,这些参数包括固相体积浓度、斯蒂芬(Ste)数、粒径比、无量纲相变温度区间宽度以及无量纲过冷度等。分析和模拟计算的结果显示微胶囊浓度和斯蒂芬数对管内层流传热具有最重要的影响。     

催化剂薄层内甲烷水蒸气重整反应强化管内对流换热的数值模拟

本文以竖直圆管内壁催化剂薄层内发生甲烷水蒸气重整反应强化对流换热作为研究对象,对其进行了数值模拟．结果发现,催化剂薄层内的吸热化学反应可以有效地强化对流换热,降低流体和壁面温度,从而对壁面起到保护作用;极限热流密度的大小与流体的入口温度有关,存在最佳入口温度使极限热流密度最大．     

变物性条件下管内加速流时湍流换热与流动过程的数值模拟

对圆管内变物性流体在加速流时考虑了非定常流的影响,采用新的湍流迁移模型,对换热过程和流动特性进行了数值模拟研究。与实验相比较,得到较一致的结果。模拟计算在很大的参量范围内进行,结果标明:努谢尔特数及阻力系数与其准静态时的量值的比值在所定义的无量纲特征时间上有一最小值;在加速流时变物性的影响是导致不稳定过程加大的因素。     

竖直圆管中超临界压力CO2在低雷诺数下对流换热研究

本文对竖直圆管中超临界压力二氧化碳在低雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验中分析了不同入口温度、热流密度以及流动方向等对超临界CO2流动和换热的影响。实验结果与计算结果的比较表明:在热流密度较小的情况下实验结果与数值计算结果基本吻合;而在热流密度较大的情况下,由于浮升力的影响,流动可能提前从层流转变为湍流,使换热强化。     

四注行波管周期永磁聚焦系统的优化设计

根据电子注参数、布里渊磁场公式及周期聚焦系统轴向磁通密度峰值经验公式,计算出永磁聚焦系统轴向峰值磁通密度,利用Ansoft Maxwell 3D软件建立了四注行波管周期永磁聚焦系统仿真模型,对模型结构尺寸进行了参数化分析,研究了周期永磁聚焦系统结构尺寸对聚焦系统通道内磁通密度的影响,确定了磁聚焦系统结构最佳尺寸配合,优化设计出了四注行波管周期永磁聚焦系统。其电子注通道中心轴线上轴向磁通密度峰值B_z=309 mT,横向磁通密度B_t=2.86 mT,B_t/B_z=0.92%。     

高温吸热管内超临界CO2传热特性的数值模拟

研究超临界CO2在高温吸热管内的传热特性是将其应用于聚光太阳能热发电技术中的基础.本文对此进行了数值模拟研究,分析了流体温度、流动方向、系统压力、质量流率和热流密度对对流传热系数和Nu数的影响.结果表明:高温区(800—1050 K)的对流传热系数和Nu数受流动方向和系统压力的影响均很小,但都随着质量流率的增大以及热流密度的减小而明显增大;而随着流体温度的升高,对流传热系数近似线性增大,Nu数则近似线性减小.另外,本文研究发现在高温区可忽略浮升力对传热的影响,而由高热流密度引起的流动加速效应会明显恶化传热.最后,选取了八种管内超临界流体传热关联式与模拟结果进行对比,发现使用基于热物性修正的关联式对高温区传热数据预测的结果优于使用基于无量纲数修正的关联式得到的结果,且其中预测效果最优的关联式得到的计算结果与模拟结果之间的平均绝对相对偏差为8.1%.