液态锂限制器的铺展性测试平台设计及初步实验

为研究液态锂在电磁驱动限制器表面的铺展特性,设计了与EAST限制器接口相同的限制器测试平台。该平台运行时真空环境可达10^-4Pa,对被测限制器可加热至350℃。在限制器锂回路管道上,利用外部2T水平磁场以及竖直方向施加的最大为200A的直流电流,形成电磁驱动力驱动下的锂液循环回路。测试平台设有顶部和正面两个观察窗,能够在可视化条件下,完成液态锂限制器的铺展性测试实验。基于该测试平台,对首次设计的双通路液态锂限制器,研究了不同实验温度和驱动电流下液态锂在限制器表面的流动铺展情况。结果发现,锂的流量和限制器表面结构是影响锂液铺展的主要因素。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明,流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性,在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高,并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下,流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。     

液态锂回路的研究及实验

在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1) 获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2) 研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3) 研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

Һ̬﮻�·���о���ʵ��

在对国内外液态锂回路研究综述的基础上,重点介绍了四川大学流动液态锂回路的研究进展。为开展等离子体与流动自由液态锂表面相互作用的研究而设计了该回路,其目标是：(1)获得稳定、均匀的流动自由液态锂表面;(2)研究等离子体辐照下液态锂的蒸发、溅射以及氢、氢同位素和氦在液态锂中的滞留行为;(3)研究等离子体辐照下液态锂与结构材料的相容性。系统包括液态锂循环部分和直线高密度等离子体发生装置。     

液滴撞击移动表面动力学特性

试验观测了水滴撞击移动水平铝表面动力学行为,分析了液滴撞击移动表面铺展特征,探讨了液滴不同尾流形态的形成机理。试验研究发现,液滴撞击移动表面存在铺展及拉伸过程。表面剪切力对液滴动力学行为起决定作用,铺展阶段抑制液膜前端液指形成,拉伸阶段促进后端液指产生。表面剪切力对液滴纵向铺展因子影响较大,横向最大铺展因子随剪切韦伯数增大而减小。液滴拉伸后尾流可分为黏附沉积、液指断裂、单液指及多液指四种形态。     

流动液态锂回路的设计与初步实验研究

对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析。通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下。对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m•s^-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右。根据液态锂2m³.h^-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m。根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验。实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏。同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路。     

����Һ̬﮻�·����������ʵ���о�

对流动的液态锂限制器回路平台的热力学及流动性进行了分析.通过ANSYS分析发现,限制器工作在350℃的温度下,通过真空室壁内侧添加的热屏蔽层及氦冷的应用,可以有效地控制真空室壁的温度在180℃以下.对注锂管法兰的温度分析发现,通过流速2.5m.s-1的水冷设计,能够控制法兰刀口位置的温度在60℃左右.根据液态锂2m3.h-1的流量设计要求,分别估算了液态锂回路中沿程阻力损失及局部阻力损失,综合回路中的锂流动盘与电磁泵之间的高度压差,计算出液态锂驱动所需的电磁泵压头为14.2m.根据流动液态锂实验回路的热力学及流动性分析,设计完成了液态锂回路并开展了流动液态锂实验.实验结果表明,系统温度控制合适,没有出现真空室或注锂法兰过热引起的泄漏.同时电磁泵能够克服阀门及管道的阻力等顺利的驱动液态锂流动形成闭合的循环回路.     

功能涂层分割表面降液膜流动过程的CFD模拟

建立二维功能涂层分割表面流动模型,利用CFD方法研究了不同喷淋密度下功能涂层表面的降液膜流动过程。当喷淋密度小于最小喷淋密度时,壁面出现局部干壁并伴随液膜积聚和重新铺展现象产生。当喷淋密度大于最小喷淋密度时,含涂层壁面与不含涂层壁面对液膜的流动形态几乎无影响;但流动稳定之后,液膜内部的掺混加剧,可显著减薄传热边界层的厚度,对吸收器的传热传质性能起到影响。模拟结果与实验结果吻合良好,具有显著的实际意义。     

液滴撞击超亲水表面的最大铺展直径预测模型

液滴撞击超亲水表面铺展之后形成的薄液膜铺展直径是喷雾冷却、降膜蒸发等传热传质过程的一项关键控制参数.以往模型在预测超亲水表面惯性力驱动下的最大铺展直径时,存在低韦伯数下呈反常趋势、高韦伯数下预测值偏低等问题.针对上述问题,本文采用高速摄像技术研究液滴撞击过程中的铺展水力学特性,发现了以往模型未完全考虑超亲水表面的铺展特性:球冠状液膜、高黏性阻力及重力势能做功.本文考虑了液膜球冠形态、重力势能、辅助耗散,修正了以往最大铺展直径的预测模型,并建立了适用于超亲水表面最大铺展直径的预测模型.通过对铺展过程中各能量成分分析发现,在超亲水表面上动能、表面能、重力势能均转化为黏性耗散能,其中:在低韦伯数下,表面能转化为黏性耗散能占主要作用;在高韦伯数下,动能转化为黏性耗散能占主要作用.并且,在低韦伯数下,重力势能和辅助耗散的引入对于准确预测超亲水表面最大铺展直径具有重要作用.将模型预测结果与实验结果比较发现,本模型成功消除了以往模型在低韦伯数下的反常趋势,且能较好预测宽韦伯数范围下超亲水表面最大铺展直径.同时,本模型可以预测亲水和疏水固体表面的液滴最大铺展直径.超亲水表面最大铺展直径的准确预测模型的提出对喷雾冷却,降膜蒸发中提高和控制流体铺展距离和传热效率具有重要意义.     

ˮƽ�ų���Һ̬�Ĥ����ʵ��װ�ü��������

An experimental station, consisting of the magnet, the lithium flow loop, the dynamical circulation system, the heating system and the measure system, has been designed to study the liquid lithium film flow under a horizontal magnetic field. After the parts of the experimental facility are fabricated well and moved into the laboratory, the experiment station is assembled and tested on-site. At last, the experimental station is completed after the solid lithium is filled in and melted. Then, some experiments are conducted, including the lithium spreading performance on stainless-steel surface, the lithium film flow patterns under varying Reynolds numbers, and the MHD effects on the lithium film flow. The result shows that the liquid lithium film could spread well on the stainless steel which had been wetted by lithium sufficiently, and the horizontal magnetic field could steady the film flow pattern and restrain the surface wave of the film on the magnetic direction.     

润湿性及磁场对液态金属自由表面膜流流动状态的影响

通过数值模拟及实验研究了润湿性及磁场对液态金属膜流流动状态的影响。首先,通过数值模拟研究了润湿性对膜流流动状态的影响。结果表明,当润湿性不好时,液态金属膜流容易发展为溪状流而不能完全覆盖底壁,入口膜厚较薄时更易发展为溪状流;在入口膜厚及其它情况相同时,密度越小越易发展为溪状流。其次,研究了磁场对膜流流动状态的影响。结果表明,槽道与流体润湿性不好时,有磁场情况下液态金属膜流覆盖底壁的区域较无磁场时增加,强磁场对膜流的湍流有抑制作用。最后,液态金属膜流实验结果表明,润湿性不好时,镓铟锡合金膜流容易收缩发展为溪状流,这与数值模拟的结果是一致的。上述研究结果对磁约束聚变堆液态第一壁的设计具有指导意义。     

��ʪ�Լ��ų���Һ̬�������ɱ���Ĥ������״̬��Ӱ��

通过数值模拟及实验研究了润湿性及磁场对液态金属膜流流动状态的影响.首先,通过数值模拟研究了润湿性对膜流流动状态的影响.结果表明,当润湿性不好时,液态金属膜流容易发展为溪状流而不能完全覆盖底壁,入口膜厚较薄时更易发展为溪状流;在入口膜厚及其它情况相同时,密度越小越易发展为溪状流.其次,研究了磁场对膜流流动状态的影响.结果表明,槽道与流体润湿性不好时,有磁场情况下液态金属膜流覆盖底壁的区域较无磁场时增加,强磁场对膜流的湍流有抑制作用.最后,液态金属膜流实验结果表明,润湿性不好时,镓铟锡合金膜流容易收缩发展为溪状流,这与数值模拟的结果是一致的.上述研究结果对磁约束聚变堆液态第一壁的设计具有指导意义.     

磁场中液氦薄膜表面电子涟波子系统的性质

研究了磁场中液氦薄膜表面电子与涟波子强耦合和弱耦合的性质。采用线性组合算符方法导出磁场中液氦薄膜表面电子 涟波子系统的振动频率和基态能量。讨论磁场对表面电子 涟波子系统的振动频率和基态能量的影响。     

绕圆柱体自由表面磁流体流动和传热的研究

本文对在不同雷诺数下,绕圆柱体的磁流体自由表面流动及传热进行了模拟,分析了磁场对绕流圆柱尾迹和涡分离的影响,获得了两种雷诺数下的电磁力密度、流场和温度场分布。结果表明,磁场不仅影响了流动的形态,而且对湍流有抑制作用,降低了自由表面的更新机制,从而减少了传热能力;在相同的Hartmann数下,相比低雷诺数下的流动换热情况,高雷诺数下的湍流不能被完全抑制,自由表面与尾迹的相互作用也较强,因而自由表面换热也较强。     

Experimental investigation of 3-dimensional wavy liquid films under the coupled influence of thermo-capillary and electrostatic forces

Three-dimensional interfacial waves developing on the free surface of falling liquid films are known to intensify heat and mass transfer. In this context, the present paper studies the effect of electrostatic as well as of thermo-capillary forces on a falling film of a dielectric liquid. Therefore, measurements of the local film thickness using a confocal chromatic imaging method were performed under isothermal and heated conditions. The experimental results show that both forces destabilize the flow. It is found, that the application of an additional electric field under heating conditions enhances the generation of rivulets, thereby reducing the overall heat transfer coefficient.     

水平管外降膜流动液膜厚度的测量及分析

应用双极电导探针技术对水平管外无传热时的降膜流动的液膜厚度分布及其变化特性进行了实验研究.试验段水平管管径为φ25.4mm,长为300mm,液膜流量范围为Q=50~250L.h-1,水平管之间的垂直管间距分别为25mm,32mm,40mm.测量了不同流量、管间距变化条件下的液膜厚度分布,重点分析了流址变化、管间距变化、...     

Instabilities of thermocapillary-buoyancy convection in open rectangular liquid layers

This article presents the experimental investigation on instabilities of thermocapillary-buoyancy convection in the transition process in an open rectangular liquid layer subject to a horizontal temperature gradient. In the experimental run,an infrared thermal imaging system was constructed to observe and record the surface wave of the rectangular liquid layer. It was found that there are distinct convection longitudinal rolls in the flow field in the thermocapillary-buoyancy convection transition process. There are different wave characterizations for liquid layers with different thicknesses. For sufficiently thin layers, oblique hydrothermal waves are observed, which was predicted by the linear-stability analysis of Smith Davis in 1983. For thicker layers, the surface flow is distinct and intensified, which is because the buoyancy convection plays a dominant role and bulk fluid flow from hot wall to cold wall in the free surface of liquid layers. In addition, the spatiotemporal evolution analysis has been carried out to conclude the rule of the temperature field destabilization in the transition process.