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。     

高通量空气隙膜蒸馏传热研究

本文研究了空气隙膜蒸馏的传热过程,给出了其主要的传热计算公式。实验结果表明热腔内进液流量的增加,使传热强化,膜通量增加,但提高膜通量最有效的方式还是提高进液的温度。针对膜蒸馏热腔内切向旋转入流的特点,本文认为采用近似对流外掠平板的经验公式更加合适,并根据实验结果拟合出热腔对流换热的经验公式,计算结果与实验结果吻合较好。空气隙厚度大于3mm后,由于空气隙内自然对流换热的影响,空气隙传递的热量反而增加,并且进液温度越高,自然对流换热对总热流密度的影响越大。根据实验结果给出了水蒸气在冷壁表面凝结换热的表面传热系数计算公式。     

基于分形理论的尖-板电极短空气隙放电现象研究

气体放电的发展过程非常复杂, 实验观测结果表明非均匀场短空气隙放电过程中经常产生随机并伴有分岔现象的放电通道. 由于这些放电现象的整体结构表现出一定的自相似性, 因此, 结合经典流注放电与分形理论而建立的介质击穿模型成为描述气体中放电通道分岔现象的一种有效的分析方法, 而放电通道的复杂程度可以用分形维数表征. 为了明确此模型参数中发展概率指数的取值, 本文对直流高压作用下的10 mm针板电极空气隙放电通道图像进行了分析、处理和分形计算, 并与理论模型的仿真结果对比. 由于空气隙主放电通道的亮度明显高于其他弱分支, 导致各放电通道的宽度各异, 需要对所拍摄图像进行灰度变换和边界识别处理, 最后运用盒维数法计算出分形维数. 研究结果表明在其他参数与实验条件相同条件下, 调整理论模型中的发展概率指数, 使得仿真结果与实验结果相吻合, 依据本文实验条件下和理论模型分析, 发展概率指数η 在0.04-0.05范围. 本文的研究印证了尖-板电极短空气隙放电复杂现象的可测性并提供了一种分析方法.     

部分空气桥式硅膜二维光子晶体

描述在Si基底上制备带隙在近红外波段部分空气桥式二维光子晶体（PC）.选用HF酸溶液作为腐蚀液，利用聚焦离子束刻蚀技术直接刻蚀出具有三角形空气洞结构的二维PC，并测出了二维PC完整的第一带隙透过谱的带隙范围为123—155μm.实验测得的透过谱与理论计算的空气桥式二维PC的计算结果一致.类TM0模的存在减小了带隙的宽度.由于部分SiO2支撑桥式平板，二维PC易于按所需尺寸进行制备.同时，通过改变平板下的支撑材料，可以制出有源的PC，利用这种机理可以把光从支撑材料中引出. 关键词： 二维光子晶体 带隙 平板波导     

基于分形理论的尖-板电极短空气隙放电现象

气体放电的发展过程非常复杂,实验观测结果表明非均匀场短空气隙放电过程中经常产生随机并伴有分岔现象的放电通道.由于这些放电现象的整体结构表现出一定的自相似性,因此,结合经典流注放电与分形理论而建立的介质击穿模型成为描述气体中放电通道分岔现象的一种有效的分析方法,而放电通道的复杂程度可以用分形维数表征.为了明确此模型参数中发展概率指数的取值,本文对直流高压作用下的10 mm针板电极空气隙放电通道图像进行了分析、处理和分形计算,并与理论模型的仿真结果对比.由于空气隙主放电通道的亮度明显高于其他弱分支,导致各放电通道的宽度各异,需要对所拍摄图像进行灰度变换和边界识别处理,最后运用计盒维数法计算出分形维数.研究结果表明,在其他参数与实验条件相同的情况下,调整理论模型中的发展概率指数,使得仿真结果与实验结果相吻合,依据本文实验条件下和理论模型分析,发展概率指数η在0.04—0.05范围.本文的研究印证了尖-板电极短空气隙放电复杂现象的可测性并提供了一种分析方法.     

动载下水平管内气水两相流流动特性

本文概要介绍了两流体模型及其控制方程,以及自主搭建的动载气水两相流系统实验台.利用气水两相流系统实验台旋转产生的动载条件进行了动载条件下气水两相流动实验,实时测量了空气和水的流量及试验段的压差,并在线测量了气水两相流动窄隙率.结果表明,过载对两相流动特性尤其足流量、压力和压降有显著影响.该研究结果在某种程度上有助于将两相流研究从自然状态扩展到载荷作用状态,同时为动载下气水两相流流动和传热的数值分析和理论研究打下一定基础.     

格兰-泰勒棱镜空气隙厚度的测量

为了测量格兰一泰勒棱镜空气隙的厚度,分析了棱镜对单模高斯光束的影响.结果表明.经过棱镜后的透射光强随着光束在棱镜端面上的入射角变化呈现周期性的振荡,且振荡特性与入射光的波长,光强分布特性、棱镜结构角及宅气隙的厚度有关.对于给定波长的入射单模高斯光束,由于棱镜的结构角在棱镜胶合之前可以精确测得,所以通过分析这种振荡特性便町以得出棱镜空气隙的厚度.据此设计实验.测出了透射光强随入射角的周期性变化关系.利用计算机编程.間隔改变0.0001 mm作为理论计算中的空气隙厚度的取值.计算实验测得的透射光强振荡周期与理论计算值的相对偏差的平均值,对于样品棱镜,当该值为4.35%时取值最小,此时对应的空气隙厚度为0.0143 mm.     

流体在微细多孔介质中的流动阻力研究

本文对空气和水流过烧结微细多孔介质内部的流动阻力进行了实验研究和数值模拟,分析不同颗粒直径条件下摩擦因子与等效雷诺数的关系.结果表明:对于水,实验及数值模拟得到的摩擦因子与经验公式符合很好.对于空气,当颗粒直径为200μm和125 μm时,由于可压缩性的影响,摩擦因子略大于经验公式结果.当颗粒直径为90μm和40 μm时,实验及考虑速度滑移得到的摩擦因子小于经验公式结果.因此,当颗粒平均直径小于90 μm时,空气在微细多孔介质中的流动需要考虑稀薄气体效应.     

二维喷动床颗粒流动的脉动特性实验研究

二维喷动床横截面为152 mm×15 mm,锥角为60°,喷口宽度为9 mm,实验物料为平均粒径2.0 mm的玻璃珠.床体的颗粒流动表现出整体的喷动周期性,属于不连贯喷动流型.本文基于PIV处理颗粒流动图像获得了颗粒流动的瞬时速度;基于功率谱密度分布对瞬时速度的分析结果表明,喷射区轴线的中下部颗粒存在较强的速度脉动,环隙区颗粒速度脉动较弱;研究发现喷动周期与床体压力脉动周期基本一致.     

高温空气燃烧炉内湍流混合特性的数值研究

应用自行研发的三维流动、燃烧、传热和污染物NO_x湍流生成的数值模拟程序,对高温空气燃烧实验模型炉进行了湍流扩散燃烧混合特性的数值模拟.数值预报了燃烧室内气体燃料和空气的混合物分数及其湍流脉动的三维分布.数值研究结果表明:在一定的几何条件和气体动力学条件下,高温空气燃烧的湍流混合在更广泛的区域内以较小梯度的进行;混合物分数的脉动主要分布在燃烧区,这表明高温空气燃烧的火焰厚度更大,具有燃烧释热更趋均匀的特性.数值模拟结果与相关的实验结果有相同的规律.     

Combustion Wave Stability in Transition through the Interface of Gasless Systems

In this paper, using mathematical modeling, we study combustion wave stability in transition through the interface of gasless systems. The effect of a gas layer separating two chemically active gasless layers on the combustion wave stability was studied at all stages of the transition. Using the criteria obtained, we estimate the stability conditions of the transition combustion wave. The nonstationary dynamics of the combustion wave transition through the gas gap is studied with allowance for competing mechanisms of heat transfer, such as conductive and radiant transfer. We analyze the effect of radiation heat transfer in the gas gap on the characteristics and stability of the transient combustion process. The failure region of the igniter combustion wave is determined through the approach to the ignition system, while estimates of temperature and heat flux at the interface of the systems are given with respect to the time of the igniter combustion completion under conditions of dominant conductive and radiant heat transfer.     

CW原表面回热器的芯体内流动与传热数值模拟

为了进一步优化微型燃气轮机中回热器的结构,本文对小燃气轮机CW原表面回热器的芯体结构内的流动与传热规律进行了三维数值模拟。结果表明,当回热器的空气总流量和燃气总流量一定时,回热器芯体内的压损和回热度随着波纹板层数的增多而降低;增大燃气进口面积与空气进口面积比可使回热度增加,空气侧压损增加,燃气侧压损减小。模拟结果为CW原表面回热器的进一步优化设计提供了参考依据。     

NATURAL CONVECTION FROM DISCRETE HEAT SOURCES IN A VERTICALLY VENTED RECTANGULAR ENCLOSURE

Natural convection in a discretely heated, vertically vented enclosure has been investigated experimentally. A vertically vented enclosure is one whose top and bottom boundaries are partially open, allowing ambient fluid to be drawn in by buoyancy. Mach-Zehnder interferometry was used to visualize the temperature field within the enclosure and to determine the local and average heat transfer characteristics of the discrete heat sources. A smoke-generation technique was used to visualize the flow structure. The experimental parameters investigated include Grashof number, vent gap width, and heater locations for a dual heater configuration and a single-enclosure aspect ratio. The vent gap width was varied between a fully open condition (discretely healed parallel plates) and nearly closed. The Mach-Zehnder interferograms and local heat transfer results suggest a complex buoyancy-driven flow field that depends intimately on the rent gap width. For some geometric configurations, the heat transfer coefficient was found to be nearly uniform across the length of the heater, while for others traditional boundary-layer-type heat transfer characteristics were found. In general, the heat transfer coefficient increased with increased vent gap spacing. However, a maximum in average Nusselt number was observed for a dimensionless gap spacing of G/W – 0.67 for one of the two dual-heater placement configurations studied. The heat transfer characteristics were compared to those of a single isolated plate and unobstructed parallel-plate channels.     

离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较

建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑.     

CPU散热器散热效果分析

对平直型散热器在顶送风和侧送风进行了数值模拟,结果表明顶送风温度场左右对称,而侧送风入口温度较低、出口温度较高,固体区域温度比侧送风时整体降低了10℃左右,强化了散热器散热。因此对于不均匀热源应在基板上尽量分开布置,功率密度前密后疏型布置可以有效降低基板温度。要根据流场和温度场的耦合关系来设计散热器的形状,充分利用流场。可以增加风扇风速或充分利用风扇出口处高速区域,来增加散热器的换热系数从而降低热阻。     

几何位置对封闭方腔内水平孤立平板自然对流换热的影响

本文以冰箱蒸发器等实际问题为背景，以空气为介质用数值模拟方法研究了封闭方腔内水平孤立平板层流自然对流时Ｒａ数及平板位置变化对Ｎｕｍ的影响，得出了可供工程应用参考的结论。同时用烟可视化的实验验证了计算结果的正确性。     

扇形叶栅叶尖间隙流动及其对叶尖换热的影响

本文通过在水槽中用粒子示踪的方法，利用最新的ＰＩＶ技术对扇形叶栅叶尖间隙泄漏流进行了定量流动显示。同时在风洞中利用萘升华传质模拟传热技术，研究了叶尖间隙区的局部换热特性结果表明泄漏流的流动特性与间隙大小、进口Ｒｅ数、攻角等密切相关，并直接影响叶尖的换热特性。     

Electrostatically actuated window blinds

An electrostatic method for actuating window blinds was recently developed by the authors in work that is documented elsewhere. The method was developed in an experimental effort without the help of predictive tools. This paper examines that problem in more detail and formulates an electrostatic model for these systems. The complexity of the charge distribution over the slats and the glass demands a relatively large model (hundreds of thousands of degrees of freedom). This paper formulates the large-order model and then shows how to reduce the order of the model significantly. The charge distribution is represented as a linear combination of assumed modes. The charge distribution is assumed to be periodic in the vertical direction, which is tantamount to neglecting end effects. Experimental results verify the accuracy of the predictions in the presence of the order-reduction assumptions. The electrostatic model predicts the slat angles to within the accuracy of the measurement system. The conductive and convective heat transfer across the air space are also analyzed. The flow patterns explain the heat transfer (thermal efficiency) of windows with slats enclosed.     

套片式翅片管换热器传热与空气流动阻力性能试验研究

为了研究改变翅片材料对套片式翅片管换热器性能的影响,分别对采用铝翅片和黄铜翅片的套片式翅片管换热器(结构参数基本相同)进行传热特性与空气流动阻力特性的试验。试验得到了试件在一系列试验工况下的传热数据与管外空气流动阻力数据,通过计算得出了相应的传热准则关系式与管外空气流动阻力准则关系式,绘制了传热系数和管外空气流动阻力的有关图线。结果表明:黄铜翅片套片式换热器与铝翅片套片式换热器相比,换热性能优势明显,其原因主要是铝材比铜材软,与铜管胀接后的接触热阻大,因此换热性能更弱。     

双包层光纤激光器最大输出功率的估算

 通过热传导方程和边界条件得到高功率双包层光纤激光器温度分布的简化解析解，利用ANSYS模拟验证了简化的合理性，并以双包层的掺镱光纤激光器为例，把外包层的临界温度设定为80 ℃，计算了光纤激光器在自然对流、风扇制冷和水制冷条件下最大输出功率。计算结果表明：自然对流的情况下，对流传热系数为10 W·m^-2·Ｋ^-1时，光纤激光器的最大输出功率为105 W；风扇制冷的情况下，对流传热系数为80 Ｗ·m^-2·Ｋ^-1时，光纤激光器的最大输出功率820 W；要达到kW以上功率输出，必须对光纤进行主动水冷。