气-液界面处水合物膜形成过程的传热分析

通过对静止系统的气-液两相界面处水合物膜形成过程的分析,建立了一维水合物膜形成过程的传热数学模型,提出了根据气体的消耗率确定出水合物膜厚度随时间的变化关系,分析水合物的反应体系中各相的温度分布,明确了水侧温度分布规律．结果表明,强化水侧的传热效果对提高水合物的生成速率具有重要的意义．     

高温颗粒沉降冷液热工水力特性

对高温球体与冷液在膜态沸腾条件下的多相混合结构进行小规模可视化实验研究,发现高温小球在冷却剂中的速度低于冷球,且随球温的升高而减小。通过小规模实验研究单个高温颗粒的传热和阻力特性,可以分割各种在膜态高速沸腾条件下干扰换热与运动的影响因素,从本质上了解该结构条件下的热工水力特性,建立合理的机理描述,从而提高对高温沸腾苛刻条件下多相流问题进行研究的实验和理论水平。     

管路预冷的高速再淹没传热模型及数值研究

通过分析竖直管路高速再淹没传热过程的流型及沸腾曲线,研究了低温流体预冷竖直管路的高速再淹没传热特性,构建了一组涵盖主要传热工况的管壁与低温流体间的传热模型,耦合了管壁的释热方程和低温流体间的流动传热方程.修正了反环状流膜态沸腾的Bromley计算式,并针对竖直管路的液氮预冷实验工况进行数值模拟,计算结果较好反映了竖直管路的预冷降温过程.特别是在管壁温度突降点的预测上,其温度预测结果与实验数据相一致.     

高温金属面上覆盖砂层后的喷雾冷却特性

研究了高温金属面上覆盖砂层后的喷雾冷却换热特性,测试了砂粒颗粒大小和砂层厚度对换热特性的影响．在高温金属面上覆盖砂层后,可将高温面上的膜沸腾转化为砂粒表面的液膜蒸发,从而大幅度提高表面换热系数,强化冷却能力．     

过热器/再热器管道壁面温度的预测

为了得到过热器/再热器管壁温度分布特性,通过对过热器/再热器管道的传热过程进行研究,并与经验公式相结合建立具有氧化膜的炉管传热的物理模型。分析在不同的管道几何尺寸、烟气温度、蒸汽流量和温度的情况下,管道外壁温度、氧化层/基体界面温度和氧化层/蒸汽界面温度的变化过程,最后定量地解释管道外壁温度、氧化膜/基体温度随运行时间增长而升高的原因,得到了它们的温升系数Aw和An与氧化层引起的温升系数B之间的关系为:B=α1Aw+α2An(其中,α1和α2分别为管外壁、氧化层/基体界面对氧化膜增长的敏感程度)。     

中温碳钢—萘热管传热特性的实验研究

本文实验的基础上，对碳钢－萘热管的传热性能等进行了研究，在加热段内，管内的沸腾传热过程随热负荷的变化大致可分三个区域，即以自然对流为主的沸腾区，核化沸腾区和传热恶区，加热段的沸腾传热热阻随其径向热流密度的变化而改变。文章叙述了，在外界工况改变的情况下，萘热管内传热热阻的变化规律。本文用流体力学和边界层理论对重力试热管冷凝因 液的流动特性进行了分析，对液膜成膜厚度和膜内速度分布进行了论述。认为，在液膜较薄的区域，液膜流动特性较差，最容易造成液膜破断，发生局部传热恶化。在分析讨论中，就萘热管的某些传热特性和水热管进行了对比。     

膜状冷凝初期过程的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,对氩蒸气在铂金属表面发生的膜状冷凝过程进行了研究.为保证冷凝过程在相对较长时间范围内持续稳定进行,提出了一种改进的气态分子补充方法.通过逐时对系统内局部温度及密度进行统计,获得了不同时刻的参数分布.结果显示:在模拟时间范围内,液膜厚度近似线性增加,壁面附近液相分子受固壁势能作用而呈现出密度振荡的"液体层状化"分布;液膜内产生温度梯度,固液界面处温度跳跃现象明显.考察了气体温度以及壁面润湿性变化产生的影响,结果表明:随着气体温度的升高,温度梯度以及温度跳跃均增大;液相密度略有下降,液体内层状区域的密度振荡范围略有减小,气液界面厚度增加;质量流率以及液膜厚度增长速率也都增大,反映出更大的气固温差加快了冷凝过程的进行,这一点与宏观规律一致.随着润湿性增强,液膜厚度增长加快,液体层状区内的密度振荡范围增加,液膜内温度梯度增大,温度跳跃大幅减小,冷凝过程得到显著强化.显然,近壁面区内的热传导对整个冷凝过程进行的速度具有重要影响.     

多孔性金属薄层的泡核沸腾试验

对自制的多孔性金属薄层的泡核沸腾传热特性进行研究．试验采用单管沸腾装置，管内使水沸腾汽化，管外用电加热．在试验的温差下，多孔覆盖层表面的沸腾传热膜系数为光滑表面的２．２２倍，泡核沸腾起始温差从３．９℃降至２．１℃．作者还分析了多孔覆盖层表面强化沸腾传热的机理，并提出沸腾传热膜系数与温差关联式．     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

SPAH钢的高温氧化行为

SPAH钢在热轧过程中氧化不仅会影响到产品的表面质量还会影响到材料的收得率.在热轧温度范围733～1 333 K,对该钢进行了热轧试验,利用扫描电子显微镜、能谱分析和X射线衍射等方式研究了其高温氧化行为.研究表明,当温度低于833 K时,钢的高温氧化非常轻微.在钢的温度低于1 133 K时,其表面氧化膜均比较致密.如果温度超过1 133 K,所形成的氧化膜松而脆,而且此时随着温度的升高,表面氧化速率显著增加.进一步数值分析表明,提高轧制过程中的冷却速率或提高轧制速度可以减少表面氧化.     

特厚钢板阵列射流淬火的表面换热

采用特厚钢板专用辊式射流淬火试验装置和多通道钢板温度记录仪,测试出射流速度3.39~26.8 m·s-1、雷诺数12808~117340、水流密度978.7~6751.5 L·(m2·min)-1条件下,84 mm厚钢板淬火冷却曲线;进而基于反传热修正方法计算高温钢板淬火过程壁面温度和热流密度,描绘出沸腾曲线,分析多束圆孔阵列射流对特厚钢板淬火表面换热的影响.结果表明:射流速度、水流密度等参数影响钢板表面射流滞止区和平行流区换热机制,进而影响最大热流密度分布.射流速度较低时,壁面平行流区观察到混合换热和"热流密度肩"现象;随射流速度增大,膜沸腾换热机制消失,最大热流密度移至较低壁面过热度处.相关研究将对特厚钢板淬火过程温度场计算和组织性能调控提供有益的帮助.     

湿式离合器接合特性仿真与分析

为了研究湿式离合器的接合特性,考虑摩擦副表面温度、相对速度、粗糙度以及载荷对摩擦系数的共同影响,基于流体动力润滑理论、粗糙表面弹性接触理论、吸附热理论以及传热学理论建立了湿式离合器接合过程数学模型。分别讨论了接合压力、摩擦副表面粗糙度、摩擦材料渗透性对接合过程中油膜厚度、相对角速度以及传递转矩的影响规律。结果表明：增大接合压力,转矩响应、相对角速度减小速度以及油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,最小油膜厚度减小;减小摩擦副表面粗糙度,转矩响应减慢,但相对角速度减小速度和油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,最小油膜厚度减小;增大摩擦材料渗透性,转矩响应和相对角速度减小速度以及油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,但最小油膜厚度变化较小。     

基于仿生结构对水平管降膜蒸发换热的模拟

水平管降膜蒸发器是广泛应用于海水淡化和化学工业等方面的换热设备。建立了三维数值模型,采用VOF(volume of fluid)方法结合UDF(user defined function)程序对水平管外降膜蒸发过程的换热特性进行了数值模拟研究,深入研究了光管和强化管针对不同管间距、喷淋密度、蒸发温度和管径对液膜厚度以及平均传热系数的影响。模拟结果表明：在相同条件下,强化管的平均传热系数要明显高于光管,可见基于仿生学原理优化换热表面结构能有效提高水平管外降膜蒸发的换热效率。光管和强化管的平均传热系数随着蒸发温度的升高都呈上升趋势,随喷淋密度的增加呈先上升后减少的趋势。光管和强化管的平均换热系数随管间距的增大而增大,随喷淋密度的增加呈先增加后减少的趋势;换热管的平均传热系数随着蒸发温度升高而升高,随喷淋密度的增加呈先上升后下降的趋势。     

场协同原理强化管外降膜吸收传热特性实验研究

对基于场协同原理设计的两种强化传热管型进行了LiBr降膜吸收水蒸气过程的传热实验研究,并与光滑铜管作比较,考查该传热管型在吸收过程中的强化作用.实验测量参数包括;溶液进出口温度、浓度,流量,冷却水进出口温度、流量等.实验结果表明,两种强化传热管型在低雷诺数时对LiBr降膜吸收传热的强化比分别为20%和50%,而且随着雷诺数的增大而增大.利用场协同理论和降液膜流动的波动特性分析了强化降膜吸收过程传热特性的物理机制,发现速度矢量与温度梯度的夹角及降液膜厚度形成的阻力对对流换热有一定影响.     

火箭发动机液氢预冷回路非稳态传热特性研究

针对液氢预冷火箭发动机自然循环回路的流动与传热过程,建立了一维非稳态均相模型来研究预冷过程中管路的温降特性.在膜态沸腾阶段引入过渡膜态沸腾,保证了弥散流膜态沸腾向反环状流膜态沸腾的合理过渡.一般流体的膜态沸腾起始壁温T_L大于核态沸腾最高壁温T_(CHF),而氢的T_L小于T_(CHF),使得氢的沸腾曲线不同于其他流体,造成计算时传热与流型转换的不连续,因此考虑以T_(CHF)作为膜态沸腾起始壁温,以T_L作为核态沸腾最高壁温,通过增加过渡沸腾区来确保计算顺利进行.计算发现:预冷过程中,回路管壁温沿流动方向表现出从高到低的逆向分布规律,最高壁温点位于反环状流向弥散流过渡区间处,最高壁温点位置随时间逐渐向下游推进.     

微桥量热计测量铝薄膜热容

用表面硅微加工工艺研制了一种用于薄膜热容测量的新型微桥量热计,热性能测试与分析表明,微桥量热计温度响应快,温度均匀性较好,采用脉冲量热法,通过测量量热计的热功耗、瞬态温度以及稳态热功耗,可计算量热计和样品薄膜的热容．在真空中300～420K测量了40～1150nm厚的Al薄膜热容,并测量了样品的贡量,获得了样品的比热容,1150nm厚的Al薄膜比热容与Al体材料比热容的文献值吻合较好．随着厚度的减小,Al薄膜的比热容增强,这种现象在高温时更为显著．     

喷雾冷却沸腾传热强化试验

随喷雾流量及过热度增加,热流密度增大,但热表面中心干涸区变大、液膜覆盖区减小,表面利用率降低,传热性能有提升空间。基于此,通过改变单喷嘴高度、设计微孔阵列喷嘴两种途径,探讨热表面液膜均匀性和喷雾冲击强度对传热的影响规律。结果表明单喷嘴高度存在最佳值(4 mm),此时热表面无干涸区,喷雾冷却沸腾传热性能最强;与喷嘴高度6 mm相比,在喷雾流量为50 mL/min、过热度为20 K时,热流密度提高了13%;微孔阵列喷嘴形成的液膜分布更均匀,使得表面温度也较均匀,当过热度大于10 K,微孔阵列喷雾传热性能更优,比上述工况下单喷嘴的热流密度提高16%。强烈冲击的均匀薄液膜是决定喷雾冷却沸腾传热的关键,为进一步强化喷雾冷却沸腾传热提供了可行的方向。     

液体膜态沸腾自然对流变物性影响

提出了液体沿竖壁二维稳态膜态沸腾自然对流变物性影响问题的控制方程相似变换模式，提出了汽、液耦合边界层平面流场的无因次速度分量，全面考虑了汽、液两相边界层诸变物性及相关物理因素的合影响，提出了关于传热理论公式，提出了关于传热理论公式，揭示了主要影响因素，通过数值计算，获得了与传热有关的数值解。