微通道内沸腾流动与传热特性耦合机理研究

以水为工质,模拟研究不同条件下水平矩形微通道沸腾流动过程中气泡发生发展及流型演变与温度、压力、传热系数的耦合关系。结果表明：持续吸热的弹状流会占据通道大部分流动区域,易造成堵塞和局部高温;泡状流区域压力波动幅度较小,较长弹状气泡和大雷诺数均会导致较大的局部压降;升高热流密度减小了单相区长度,强化了核态沸腾,提高了通道整体传热性能;增大雷诺数使得通道内气泡尺寸减小,减少了两相流动的不稳定与堵塞现象,通道整体传热性能得以提升。     

固体表面上流动膜沸腾与液滴蒸发机理研究的新进展

当单个液滴落在温度超过某一临界值的炽热固体表面上时,液滴会像弹性球一样跳跃,并伴随着液滴表面蒸发而滴径逐步缩小.这种现象由J.G.Leidenfrost在1756年所发现,是物理学上著名的“球化态”奇异现象,称为Leidenfrost现象.出现此现象的热表面临界温度则称为 Leidenfrost温度(LFT).不同液体在不同压力下和不同表面状况的LPT是不同的.常压下水在一般平整度的钢铁表面上的LFT大约为300℃.液滴大小不同时所呈现的Leidenfrost现象也会有差异.滴径较大的液滴撞击温度超过LFT的热表面时,将克服表面张力的制约而伸展成圆盘状,悬浮在炽热固体…     

基于孔内流动机理的气膜冷却界面模型

气膜冷却是燃气轮机中重要的冷却方式。本文关注孔内流动机理,发现了一个我们称之为单向弱耦合的现象,即孔内流动会改变下游冷却效果,而主流条件的改变对于孔内出口面附近某一界面以下的流动没有影响,该界面被称之为特征界面。这一现象显著减少了孔内流动所依赖参数的数目,简化了气膜冷却的建模过程。基于这一现象,本文提出了气膜冷却界面模型。该界面模型引入卷积神经网络(CNN)模型,基于四个反映参数预测特征界面上流场分布,并将其作为冷却射流的入流边界条件,在CFD中计算下游冷却效果。将界面模型应用于平板及端壁气膜冷却算例,显示了较强的通用性和较高的精度,同时将计算效率提升了一个数量级。     

水蒸气跨声速流动中非平衡相变与激波的耦合作用

引入水蒸气非平衡相变的动力学模型和水蒸气真实物性模型,建立了水蒸气跨声速非平衡流动的守恒型数值计算模型,采用Roe-FDS计算格式数值捕捉了水蒸气超声速流动中的非平衡相变与激波效应,在此基础上开展了气动激波与凝结激波的耦合计算,分析了气动激波波锋面与凝结激波波锋面相遇时,气动激波与非平衡相变之间的相互作用规律。研究显示,随着背压的不断升高,气动压缩激波不断向喷管喉口位置推移。当气动激波发生在凝结激波的下游位置时,气动激波的耗散效应使得喷管内的液相质量分数逐渐减小而不会对上游的非平衡相变和凝结激波产生影响。当气动激波随背压继续上行与气动激波交汇时,气动激波强烈的耗散效应使得凝结激波特征迅速减弱,非平衡相变逐渐退化到喷管边界区域,而气动激波由于受到凝结激波的强烈干扰,激波强度迅速减弱,显现出明显的斜弱激波特征.当气动激波上行至喷管喉口附近时,X型凝结激波逐渐消退,非平衡相变在喷管主流区消失。     

FeSe超导材料相变机理研究

本文采用固相烧结法制备FeSe超导材料,通过对Fe-Se相图进行分析并结合DSC测量的数据,系统的阐述了四方相%-FeSe的形成过程;考察了烧结温度、冷却方式及初始块体密度对Fe-Se体系相转变过程的影响.实验结果表明:随着温度的升高,Fe-Se混合粉末中Se首先熔化生成-FeSe和Se的固溶体,并且由于Se浓度梯度的存在,Se与Fe在升温过程中持续反应,生成%-FeSe;而在冷却过程中,由于固溶体中Se的溶解度下降,Se逐渐向%-FeSe中扩散,-FeSe中的Fe含量增加达到某一临界值,初始生成的-FeSe逐渐转化成%-FeSe,最终得到超导相%-FeSe含量较高的样品.通过对不同温度烧结粉末的XRD谱线进行分析发现,%-FeSe初始形成的温度区间为350~400℃.缓冷方式比冰水淬火方式更有利于提高四方相的含量.在一定范围内,初始块体的密度越大,Se的扩散路径越短,烧结后得到的四方相含量较高.本文的研究为后续获得高超导相含量的FeSe基线带材的研究奠定了理论基础.     

煤灰相变及其机理的研究

煤灰的熔融和结渣特性就是影响燃煤锅炉正常运行的主要原因,煤灰燃烧过程中的相变的研究对分析锅炉低温共熔和结焦有重要意义.本文分别对灰样和加入助熔剂的灰样进行热重分析,结合TG、DTG、DSC曲线在DDSC曲线上判别发生相变的温度段,然后利用X-射线衍射法对其机理进行分析并验证热重实验的结论.XRD法分析结果验证了TG-DSC法的DDSC曲线能够判别煤灰中的相变温度段,证明运用TG-DSC分析煤灰发生相变的温度段是有一定可行性的,而且把TG-DSC和XRD两种方法结合起来研究煤灰相变机理的技术是有效的.     

人字形波纹板相变流动及换热特性研究

针对人字形波纹板流道内蒸发换热过程进行了三维建模和数值模拟,研究了不同波纹倾角下人字形波纹板蒸发换热时流动及换热特性,并与单相流换热特性进行了对比。结果表明,蒸发相变对人字形波纹板内流体的流动形态影响不大,波纹倾角对人字形波纹板表面气相体积分数分布影响较大;相同波纹参数下,蒸发换热换热系数比单相流换热换热系数提高20%~100%;随着波纹倾角的增大,蒸发换热增强,波纹倾角为75°时换热性能最优。     

模间耦合与一阶类相变

应用弱噪声展开方法，计算了偏离势条件情况下，双模三次激光模型中福克-普朗克方程的近似稳态解。讨论了稳态中最可几光场分布随参量的变化规律。当I2为弱场时，不管考虑Qst(Il，I20)还是约化几率分布Q^-st(I1)，都可以观察到一阶类相变现象。在双模光场情形，模间锅台对产生一阶类相变的影响不可忽略。     

离子辐照引起的金属／绝缘体界面混合与相变研究

载能离子穿过固体界面引起界面原子迁移使界面原子混合和物质成分变化，从而导致界面发生材料相变。简要介绍了载能离子辐照引起金属／绝缘体界面混合效应及相变现象的主要实验研究进展、低能离子和高能离子辐照引起金属／绝缘体界面现象差异，并对离子辐照引起界面混合及相变的机制进行了初步探讨。When penetrating an interface between two kind of solids, energetic ions can induce atomic diffusion at both sides of the interface and then result in intermixing, atom re-distribution or composition change, as well as phase transformation. Main progress on the study of intermixing and phase change at metal/insulator interface induced by energetic ion irradiations, the difference of phenomena occurred at metal/insulator interfaces induced by high-and low-energy ions were briefly reviewed. Furthermore, the possible mechanisms related to intermixing and phase change at metal/insulator interface produced by energetic ion irradiations were also discussed in short words.     

水平管内流动蒸发数值模拟及可视化研究

为了研究管内流动蒸发的性能,利用FLUENT对外径为7 mm光管内的流动蒸发过程进行了数值模拟,同时对外径为7 mm的光管和微肋管内的蒸发过程进行了可视化实验.所用工质为R22,实验工况为:质量流速220 kg/(m2s),7℃蒸发温度,15%～20%的入口干度,5～6℃的出口过热度,数值模拟和实验中均观测了流动蒸发中的旋流和脉冲喷射,分析了旋流及脉冲对换热等的影响.     

液气相变界面间断关系浅议

对池沸腾传热现象局部传递过程的细致分析(例如微重力池沸腾传热研究文献中关于热毛细效应作用及其成因的各种相互冲突的观点),涉及汽液相变界面两侧的间断关系.相变(蒸发或凝结)过程的非平衡性导致相界面两侧物理量对经典平衡态热力学中的相界面关系的偏离,分子动理论比拟模型、统计率模型和非平衡热力学模型均给出了相关描述,本文对此进行了详细评述,指出了各模型的优缺点,并对进一步的研究方向进行了讨论.     

弱耦合界面极化子

本文利用Боголюьов不等式讨论了弱耦合界面极化子的温度关系。它的有效质量和结合能与温度有关,且只能存在于ε₀较小的介质中。当温度很低时,可以得到Берцл的结果。     

多元醇固—固相变机理的研究

多元醇在一定温度下发生固—固相变,大量文献都报道了它们的固—固相变焓、相变温度以及相图,并认为相变焓与氢键有关.本文以IR 光谱测试结果以及量热实验结果为基础,定量探讨了NPG(neopentylglycol),PG(pentaglycerino),PE(pentaerythritol)的固—固相变焓与氢键的关系,进一步解释了相变的机理:NPG,PG,PE分子在发生固—固相变前,—OH形成分子间氢键,分子具有层状结构.相变后,NPG,PG,PE分子沿着层面移动,移动过程中部分氢键断裂,分子发生相变时所吸收 关键词： 固—固相变 相变焓 氢键 红外光谱     

疏水表面蒸发液滴下气液界面形态演化研究

研究蒸发液滴下气液界面的形态演化可为换热表面性能改进提供指导。本文以单个微槽及槽内液滴下气液界面为研究对象,运用能量分析法确定了疏水微槽表面放置液滴下气液界面的初始形态,提出了蒸发液滴上下气液界面同步演变理论,并利用该理论对液滴下气液界面失稳的原因、条件及下气液界面曲率的变化规律进行了探讨。结果表明,放置在疏水微槽表面上的液滴,其初始下气液界面与槽壁形成的微观接触角会介于0和本征接触角之间,在形态上呈现为曲率圆。当蒸发液滴下气液界面与槽壁形成的微观接触角大于一定数值后,会引发液滴下气液界面失稳,失稳后的液滴下气液界面形态受槽壁与水平面夹角的影响较大。     

界面混响的耦合简正波理论研究

利用耦合简正波理论分析了粗糙界面散射引起的混响。引入了粗糙海底以及海面引起的各个模态间的耦合系数表述粗糙界面对声场的散射过程。结合风浪谱Pierson模型,仿真了不同海况下的海面混响,重点在于分析不同海况下海面起伏对海底混响的影响。利用耦合系数的求解从粗糙海面引起模态间能量耦合的角度对这种影响进行了机理性的探究。结果表明,尽管在浅海中海底混响占支配性地位,但随着海况等级的增加,海面散射对海底混响是有影响的,而这种影响可以从粗糙界面对声波模态间的耦合进行机理分析。      

NiTi合金相变过程中界面动力学的内耗研究

本文采用同时测量内耗、模量及电阻的方法,对NiTi合金变温过程中所发生的正、反马氏体相变及可逆I/C相变进行了系统的研究。结果表明,变温马氏体相变及I/C相变过程中内耗均为粘弹性型内耗,是相界面在克服粘滞性阻力而运动时引起的。从界面动力学出发,研究了相变过程中界面的运动动力学行为。由实验数据求得了马氏体相变过程中界面动力学关系的具体表达式为:V=V^*exp(—△G^*/△G—△G_R);相变过程内耗表达式为:Q^-1=(n²)/2·(μ△G^*)/((△G—△G_R)²)·(dF)/(dT)·T/ω;相变阻力△G_R约为10cal/mol的数量级。讨论了相变过程中的“软模”效应。马氏体相变过程中的模量“软化”来自声子模的软化和界面运动引起的附加模量亏损两个方面。 关键词：     

液滴蒸发时的界面形态及其对蒸发速度的影响

对大量单组元及双组元液滴在水平板上蒸发过程的光学观测揭示出双组元与单组元液滴蒸发特性的差别,分析了双组元液滴蒸发过程的界面形态不安定性及其主要影响因素,对界面结构的形成过程提出了“表面相”作用机理的看法。     

洪德耦合的调控与轨道选择Mott相变

洪德耦合相互作用是导致多轨道体系发生轨道选择Mott相变的重要因素之一. 通过调控洪德耦合相互作用来研究其不同组成部分对轨道选择Mott相变的作用. 利用基于Lanczos 求解器的动力学平均场理论, 对比了双轨道的J模型和Jz模型的金属-绝缘体相变, 并重点讨论洪德耦合中的自旋翻转项和电子对跃迁项以及轨道宽度比值W₂/W₁如何影响轨道选择Mott 相变. 在J模型的相图中, Mott选择相占有较大的区域, 而Jz模型的轨道选择Mott 相只存在于一个很狭窄的区域内, 这说明自旋翻转项及电子对跳跃项是有利于轨道选择Mott相变发生的关键因素. 此外当轨道宽度之比大于W₂/W₁=0.7时, Jz 模型的轨道选择Mott 相会完全消失, 而J模型中只要轨道宽度不同都存在轨道选择Mott相. 因而, 简化后的Jz 模型只是在特定条件下才适合于研究轨道选择Mott相变.     

一种研究液滴流动蒸发换热的数值方法

液滴的流动蒸发换热是一个即常见又基础的问题,对液滴的流动蒸发换热进行准确的描述对许多工程实际及科学研究都有很重要的意义。对于这样一个多相、多组分输运的物理过程,本文使用VOF方法对液滴形态进行描述,建立动力学蒸发模型对液滴的蒸发过程进行刻画,同时在气相中使用组分输运方程最大程度上还原了液滴蒸发的物理过程。本文使用所建立的数值方法对正庚烷液滴的自然对流蒸发及强迫对流蒸发进行了数值模拟计算,与实验结果吻合良好。