液池中大Pr数流体的热流体波

数值研究零重力条件下浅液池中大Pr数流体(Pr = 105.6)的热流体波. 液池的两側有不同的温度, 形成一定的温度差. 当温度差增加并超过临界温度差时, 在液池中会出现从冷端向热端传播的行波. 扰动温度, 扰动速度和扰动压强的相位关系表明这种行波为扰动温度所驱动, 为热流体波. 热流体波很弱, 在热流体波出现时, 在液池中几乎观测不到振荡的流场和温度分布. 对热流体波的形成机理进行了分析和讨论.     

梯度强磁场条件下二元不互溶流体界面效应演化

我们通过对二元不互溶流体界面在三维正交梯度磁场下形变规律的力学解析, 得到了两种流体界面高度变化的一般规律. 在实验研究中, 用已知磁化率和密度的标准液体苯分别与密度已知的实验液体, 如氯化铁溶液、硫酸亚铁溶液、硫酸铜溶液和氯化铜溶液组成二元不互溶流体体系, 在相同的水平梯度磁场条件下研究了两种液体界面随液体磁化率不同而发生变化的规律. 我们还研究了不同强度水平梯度磁场下苯与硫酸铜溶液分界面高度的变化规律. 实验结果和理论分析基本一致. 我们对增强摩西效应从力学角度做出了解释, 同时对增强摩西效应的应用前景进行了展望, 提出了一种基于增强摩西效应的磁化率测量新方法.     

基于三维VOF模型的变径水平管道气体运动模拟研究

介绍了VOF模型及其控制方程．结合k-ε湍流模型,对三维变径水平管道模型进行了气体运动模拟研究．模拟结果与Fagundes气泡形状以及Bendiksen气泡速度计算式较好吻合．研究表明：气体通过变径节点时,气液界面产生弯曲和波浪,并且管段截面气相所占面积减少;管径收缩增强使气体通过变径节点收缩长度增长,流体充分发展距离增加;靠近变径节点处,管道截面流速分布与变径管段管径差值大小有直接关系,变径程度越大,中心速度越突出．     

正密度差对水平井偏心环空顶替影响规律研究

在地层压力许可的条件下,固井顶替流体之间的密度差可以提高水平井顶替效率。本文基于计算流体相关理论与方法,建立水平井偏心环空浆体顶替模型,数值模拟正密度差对水平井顶替的影响规律。数值实验结果表明：正密度差顶替条件下,重力作用使宽边高密度流体在顶替界面附近向下方低速的窄边流动,提高了窄边的流量,克服了水平井偏心度的影响,提高了窄边的顶替效率;重力作用超过宽窄边效应的影响,形成分层的顶替界面,顶替界面长度随顶替时间增加而增长,但增长的越来越缓慢,有利于提高水平井的顶替效率;顶替界面长度随密度差增大而增大,适当降低顶替流体与被顶替流体之间的正密度差,有利于减小顶替界面长度提高顶替效率。以上研究结果揭示了正密度差顶替克服水平井偏心度影响提高水平井顶替效率的机理与规律,对提高水平井固井顶替效率具有理论指导意义。     

DCPJ—CVD等离子体炬通道中的电弧行为

运用电磁学和热流体学的方法研究了直流大阳极喷嘴长电弧通道等离子体炬中电弧的行为，并通过实验证明了温度梯度与电场梯度作用于流体时所产生的特殊现象，结果表明：电弧弧柱的高温效应剧烈排斥冷气流的混入，使ＣＶＤ过程受到抑制，新产生的胶体粒子在热泳现象作用下逐渐沉积于通道内壁上，改变不同气体的进气位置以及减小温度与电场梯度并增设径向旋转磁场，可有铲地解决上述问题。     

DC PJ－CVD等离子体炬通道中的电弧行为

运用电磁学和热流体学的方法研究了直流大阳极喷嘴长电弧通道等离子体炬中电弧的行为，并通过实验证明了温度梯度与电场梯度作用于流体时所产生的特殊现象；结果表明：电弧弧柱的高温效应剧烈排斥冷气流的混入，使ＣＶＤ过程受到抑制。新产生的胶体粒子在热泳现象作用下逐渐沉积于通道内壁上。改变不同气体的进气位置以及减小温度与电场梯度并增设径向旋转磁场，可有效地解决上述问题     

激光间接驱动聚变内爆流体不稳定性研究

激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)内爆过程多层靶球各个界面发生的流体力学不稳定性是影响聚变点火成功的关键因素.为深入了解内爆过程这样不稳定性的发生、发展和它对聚变点火的影响,研制成了研究内爆多介质辐射流体力学过程的高精度二维(局部三维)大型LARED-S程序,并在长期研究实践中不断发展和改善.该程序模拟结果与不稳定性线性和弱非线性解析结果,以及非线性激波管实验结果都很好符合.应用这一程序,进行了大量数值模拟研究,结合理论模型分析,获得了大量流体力学不稳定性发展和演化的重要结果和物理规律认识.获得了具有不同密度、速度、磁场分布的Rayleigh-Taylor(RT)和Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性的线性增长率,以及它们在不可压缩条件下的弱非线性发展的解析解,表明了两者在不同Froude数、密度过渡层厚度、速度剪切层下的竞争关系;通过数值模拟,发现弱预热条件下烧蚀RT不稳定性二次谐波非线性发展导致不稳定增长尖钉(Spike)断裂的重要过程;数值模拟进一步揭露了强预热条件下,烧蚀RT不稳定性非线性发展导致不稳定增长尖钉出现射流状结构,气泡发生加速;还发现强烈的电子热传导使初始单模扰动的KH不稳定性大大削弱,然而却可能使两模扰动非线性发展增大混合尺度.在神光II激光装置上开展了一系列烧蚀RT不稳定性实验.平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响.实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像.通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据.模拟结果与实验结果相符合.神光II激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算.在上述理论和实验认识基础上,进行了ICF聚变点火靶物理研究.主要研究靶丸内外表面单球谐模扰动、辐射不对称性、内爆热斑界面不稳定性、黑腔辐射M带以及氘氚(DT)主燃料低阶模面密度不均匀性等物理过程对ICF内爆流体不稳定性的影响.对于ICF间接驱动初始烧蚀层外表面和DT冰内表面的单模粗糙度扰动和辐射驱动不对称性扰动,获得了不稳定性增长规律,提高了热斑界面扰动增长对点火影响和黑腔M带X射线能谱对内爆稳定性影响的物理认识.模拟研究表明DT主燃料面密度不均匀严重影响内爆动能转换为燃料内能的效率和内爆惯性约束时间.研究结果不仅对研究ICF内爆点火有重要参考价值,而且对发生在天体和自然界中流体不稳定性的物理本质理解会有帮助.     

无重力条件下毛细相变流体回路的稳定性研究

利用Lucas-Washburn方程对毛细管液柱内液体的受力情况进行分析，获得了无重力条件下相变毛细管中流体上升高度与毛细管半径以及热流密度的关系式，并用此关系式分析了相变流体回路中回路压降与毛细芯界面高度位置的关系，同时，利用小扰动理论对影响界面高度的参数进行了分析研究，指出毛细相变回路广泛用于航天电子器件散热的原因是其一般在过阻尼状态下工作，具有极强的抗扰动能力．当工作热流一定时，为了提高系统的稳定性能，应采用毛细半径较小的毛细芯．文中导出的毛细提升系数和影响界面高稳定性的因素，对毛细泵流体回路（CPL）、回路热管（LHP）和毛细芯热管（CHP）系统的设计和工作流体的选择提供了一定的理论依据．     

高密度弗劳德数热浮力射流特性实验

为研究潜艇热尾流的浮升规律与水面特征,将潜艇冷却水排放形成的热尾流等效简化为水平圆形热浮力射流,在高弗劳德数条件下,采用给定的射流出口速度和不同的射流管径与射流温差组合条件进行系列实验.结果表明:当管径相同时,热浮力射流到达水面时的水平运动距离随密度弗劳德数增加而增大;同时,采用特征参数进行无量纲化处理后,各工况下的浮升轨迹中心线归一于同一曲线;热射流浮升引起的水面温升峰值出现在中心轨迹线与水面的交界位置,射流开始后温升峰值先随时间增大,达到最大值后趋于稳定;通过拟合分析,得到了最小稀释度与密度弗劳德数及射流淹没度的函数关系.     

颤蚓生物扰动对Cu和Cd从上覆水向沉积物迁移的影响

通过实验室模拟沉积物/水体系中颤蚓的生物扰动过程, 研究颤蚓密度和上覆水pH对颤蚓生物扰动效应及其对Cu和Cd向沉积物迁移速率的影响. 实验结果表明： 颤蚓扰动作用可显著提高Cu和Cd向沉积物迁移的速率, 且Cu受影响的作用大于Cd; 随着颤蚓密度的增加, Cu和Cd的迁移速率均增大; 酸碱胁迫均可促进生物扰动, 碱性条件下生物扰动作用更显著; 生物扰动促进的物质交换作用可显著增强实验体系对酸碱的缓冲能力, 使体系pH趋于中性、 均一; Cu和Cd的迁移速率同时受体系pH和扰动强度的影响, 总体随上覆水pH值的增大而增加; 生物扰动对Cd迁移的促进作用更大.     

半导体制冷效率及空间冷量传递特性试验研究

半导体制冷效率的大小取决于热电堆冷热端的温差,而强化热端的散热与强化冷端的冷量散发有利于降低热电堆冷热端的温差,从而提高半导体的制冷效率。本文探讨了由半导体冷端提供准量进行制冷的空间温度在自然对流和强制对流状态下随时间变化的规律。结果表明强制对流有助于冷量的传递和制冷效率的提高。     

基于ANSYS Workbench软件的半导体制冷器性能模拟研究

利用ANSYS Workbench数值模拟软件研究了输入电压、热端温度、半导体单元属性、半导体电偶臂及级间绝缘材料属性等因素对二级半导体制冷器冷端温度、冷端冷量及制冷系数等性能的影响.研究表明:在一定范围内,保持半导体制冷器热端温度不变,冷端温度随着输入电压的增大而递减;保持输入电压不变,冷端温度随着热端温度的升高而递增;保持输入电压和热端温度不变,冷端冷量随着冷端温度的升高而递增;在冷端温度、热端温度一定时,制冷系数ε随着输入电压的增大而迅速减小;半导体单元高度的增加和单元间距的减小都可以使冷端达到更低温度;随着半导体电偶臂及级间绝缘材料属性即热导率、高度的增加,冷端温度均呈递增趋势.模拟结果与实验数据对比显示,两者具有较好的吻合性.     

Ni/Al层合结构热传导性能的非平衡分子动力学研究

采用非平衡分子动力学方法研究了[111]方向的Ni/Al层合结构的热传导性能.首先模拟了温度为300 K下[111]方向Ni/Al层合结构的热传导,通过分析界面处的声子态密度,发现交换热冷浴位置之后,层合结构的热参数基本没有变化,说明热冷浴的位置对结果影响不大.其次讨论了300 K下单层的Ni/Al层合结构的尺寸效应,计算结果表明随着系统尺寸的增大,界面热阻值逐渐减小并趋于平缓,并分别讨论了Ni和Al的热导率的尺寸效应;采用外推法计算了无限大系统下Ni和Al的声子热导率以及声子平均自由程,结合Wiedeman-Franz定律计算了Al和Ni的电子热导率,得到了Al和Ni的总热导率,并与实验值进行比较,结果与实验值在同一量级.然后讨论了传导方向为[001]和[110]时层合结构的界面热传导性,并和[111]方向的结果对比,发现界面热阻具有明显的各向异性.最后讨论了双周期层的Ni/Al层合结构的热传导性能,结果表明最靠近热浴的界面温度跳跃值最大,对应的界面热阻值最大,即对层合结构的热传导性能影响最大;与相同长度的单周期层结构对比,发现双周期层结构的热导率明显要小,因此可以通过增加材料的层数来提高隔热效果.     

不同动量比对T型管冷热流体掺混及管道热疲劳的影响

为探究主支管流体不同动量比对T型管道内冷热流体掺混过程及管道热疲劳程度的影响，通过对T型管内不同主支管流体动量比工况下冷热流体的掺混过程进行大涡模拟（LES），计算得到管道壁面及管道内流体的温度波动情况，并使用同一套T型管网格模型进行了流固耦合计算，得到了动量比对T型管道热应力及热疲劳寿命的影响规律。计算结果表明，当动量比变化使得T型管内流体的搅混流型发生变化时，动量比对管道热疲劳的影响明显，其中，搅混流型为偏转流时，管道的热疲劳现象相较于搅混流型为壁面流的热疲劳现象得到明显的改善，预测热疲劳寿命从8.81×10^-4年提高到5.40×10¹⁵年。因此，随着主支管流体动量比的降低，流体搅混流型从壁面流转变为偏转流，管道的热疲劳寿命得到明显提高。     

热压含碳球团冷态强度的实验研究

重点考察了煤种及热压工艺参数对热压含碳球团冷态强度的影响,并探讨了热压含碳球团获得高强度的机理.研究表明,煤种、配煤量、热压温度、配煤粒度及热压压力等热压工艺参数对热压含碳球团强度具有显著影响,其中热压温度是影响冷态强度最重要的因素.热压工艺利用煤的热塑性保证煤矿颗粒充分接触,增大粘结面积,从而使热压含碳球团的强度高于冷固结含碳球团.从冷态强度角度出发,以鹤岗烟煤为原料生产热压含碳球团的适宜工艺参数为配煤量25%~35%,热压温度450℃,配煤粒度<90μm,热压压力不低于35 MPa.     

串联式汽车尾气热电发电系统台架试验

利用低温型Bi2Te3基热电器件构建一种4层串联结构的汽车尾气热电发电系统,通过台架试验测试了系统的输出性能并分析其影响因素.结果表明：当热电器件的最高热端温度达到其最大耐热温度时,系统的可回收最大功率约为60 W;采用一体化间接冷却方式难以降低系统的冷端温度,从而导致温差不明显;在相同条件下,中间2层串联热电器件的总体输出性能较好,适当减小集热器的尺寸,可以提高其热容量和表面温度,从而提高系统的输出性能.     

高温热表面油料热着火过程的时变模型与实验

针对高温热表面油液蒸发和着火过程的时变特征,考虑这一过程中的对流传质传热,建立了热源作用下油液蒸发与着火理论模型,并通过"热图法"和"奇点分析"求解出控制体着火所需的热源最低温度。以正庚烷为研究对象,对高温热表面油液蒸发与着火过程进行了实验。理论分析与实验表明:油液着火所需的热源最低温度随时间变化较大,尤其在蒸发开始的前10min内,点火温度存在极值,具有明显的时变特征,油液热着火时变模型理论预测结果与实验结果吻合较好,对机舱防火、灭火实践具有一定的参考作用。     

保冷层对液相管道泄漏影响的试验与仿真研究

包覆层下腐蚀(corrosion-under-insulation,CUI)是一种常见的管道缺陷形式,极易造成管道内物质泄漏,进而引发火灾爆炸及中毒等严重后果。泡沫玻璃作为一种不燃的保冷材料,广泛用于LNG液化装置以及储运设施中,为管道和装置保冷;而在保冷层的覆盖下,管道的腐蚀点很难被发现。在液相裸管管道小孔泄漏试验的基础上,设计试验探究泡沫玻璃保冷层对泄漏压降、泄漏速率、泄漏稳定压力的影响,并建立数学模型进行理论研究,同时利用计算流体力学软件FLUENT对试验模型进行仿真模拟。结果表明:由于泡沫玻璃包覆管道泄漏过程的特殊性导致模拟结果和试验值有所差异,经修正后模拟得到的泄漏速率与试验值达到较好的一致性;仿真结果能够解释和验证泡沫玻璃保冷层对于液相管道小孔泄漏的抑制作用。     

渗流条件下人工冻结模型试验研究

运用相似理论设计了不同的渗流速度,冻结管间距下冻结物理模拟试验,研究不同试验条件下渗流方向温度分布规律、冻结过程中温度场分布特征及冻结壁厚度的变化。研究表明：无渗流时,主面及界面的上下游温度分布具有明显的对称性;而在渗流作用的影响下,上游温度明显高于下游,随着渗流速度增加及冻结管间距变大,这种不对称性也愈加明显,不对称性大大增加;冻结壁交圈时间随渗流速度的增加而增加,但渗流速度过大时冻结壁无法交圈;在渗流条件下,冻结间距增大会导致冻结壁厚度大幅度减小,交圈时间大大延长。     

基于灰色关联度的高炉冷却壁整体优化

基于灰色关联度分析方法,研究了高炉冷却壁冷却水管半径、冷却水管间距、水管距热面距离 、冷却壁壁体厚度等对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。综合冷却壁结构优化分析,得到冷却壁最优结构尺寸组合是：水管半径20mm、水管间距为220mm,水管距热面距离为90mm和冷却壁壁体厚度125mm。