液体火箭发动机自然循环回路预冷非稳态数学模型

针对液体火箭发动机自然循环回路预冷过程中的非稳态流动与传热问题,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,耦合了循环回路的释热方程和低温流体间的流动传热方程,并采用二分法迭代求解自然循环回路预冷过程中的非稳态循环流量,建立了液体火箭发动机自然循环回路预冷的一维非稳态均相流动数学模型.与已有传热模型相比,在膜态沸腾阶段引入了反环状流膜态沸腾模型和弥散流膜态沸腾模型,保证了膜态沸腾从全液相到全气相过渡过程中物理意义上的逻辑自洽性,并以输送管为例,验证了液体火箭发动机自然循环回路预冷模型的有效性.     

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.     

低温管路预冷过程两相流动与换热计算研究

为揭示低温流体预冷管路过程中两相流动与换热特性,采用准稳态方法建立了低温管路预冷计算模型。该模型采用有限容积法来求解管内流体流动与换热方程,有限差分法求解管壁一维非稳态导热方程,流体与壁面的换热根据流型来判定选择对应的换热关联式,并对管壁外侧辐射漏热进行线性化离散处理。利用多组实验数据进行模型验证,结果表明模型对预冷时间预测的误差在10%之内。对预冷过程非稳态降温特性及流型与换热特性的计算结果表明:在低温流体预冷管路过程中,大部分换热方式为单相气强制对流和膜态沸腾,约占总预冷时间的95%,总换热量的75%,核态和过渡沸腾发生时间较短;预冷过程中存在一个最优质量流速,这既可以缩短预冷时间,同时可以减少推进剂的浪费。     

双模态过渡池沸腾实验研究

利用控制加热电压和加热面平均温度两种方法,实验研究了常压（0．1MPa）、室温（16℃）条件下除气后的R113在直径60μm细铂丝表面的池沸腾传热现象,观测了单相对流、核态沸腾、双模态过渡沸腾和膜态沸腾4种传热模式中的汽相分布及其传热特征,发现充分发展的核态沸腾传热曲线、膜态沸腾传热曲线及临界热流的数值分别与文献中常用关联式的预测一致,而核态沸腾和膜态沸腾共存的稳定双模态过渡沸腾曲线被一极小值点分为两个连续分支,邻近膜态沸腾的右支上热流与过热度成正比,而邻近核态沸腾的左支上热流则随过热度增长而下降,并且只出现在加热面平均温度受控的实验中．     

淬火过程液固耦合传热与汽液两相流动数值研究

对淬火过程中流固耦合传热与汽液两相流动计算进行了研究，从两相流动与沸腾换热基础理论出发，推导出金属块淬火过程中温度场分布的流固耦合求解控制方程和计算方法．淬火过程产生大量气泡，局部蒸汽含量很高，因此计算过程将气液均视为连续介质，利用双流体模型进行计算．与传统的反传热问题计算方法相比，本文方法过程简单，通用性强，更适用于工程设计与应用．计算过程利用了Bromley和Rohsenow的换热关联式分别模拟膜态沸腾和核态沸腾传热，计算结果与文献中数据变化趋势基本一致，表明计算方法基本把握了淬火过程中传热传质现象本质．     

平板滞止区内水-氧化铜纳米流体的喷流沸腾传热特性

对高温平板滞止区内水-氧化铜纳米流体圆形喷流冲击沸腾的核态沸腾特性和临界热流密度(CHF)进行了系统的稳态实验研究,考察了纳米颗粒质量分数、流速、过冷度等系统条件对喷流沸腾和CHF的影响,建立了预示核态沸腾的经验型方程.研究结果表明:水基纳米悬浮液的喷流沸腾换热特性与水相比大幅度降低,但CHF有较大增加;沸腾特性的变化主要来源于传热面表面特性的变化.     

纳米流体池内沸腾时传热面上的吸附和烧结现象

对纳米流体池内核态沸腾进行了研究.沸腾传热面为水平加热面,基液使用蒸馏水和乙醇,纳米颗粒使用CuO和SiO2,扩散剂使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS).实验发现:对于添加了扩散剂的水基纳米流体,在壁温超过大约112℃后,传热面上出现烧结层,沸腾实验无法继续进行;没有添加扩散剂时,传热面上有极薄的颗粒吸附层形成,表面粗糙度和固液接触角都减小,可以获得完整的核态沸腾曲线,换热特性比纯水有所降低,临界热流密度有较大增加;对于乙醇纳米流体,无论是否添加扩散剂,传热面上都没有出现烧结层.实验以扩散剂对池内核态沸腾换热表面特性的影响为研究重点,证明了壁温和扩散剂是产生传热面烧结现象的主要因素.     

肿瘤低温治疗探针强化换热特性

利用快速预冷汽液分离器,改进了肿瘤低温治疗系统;考察了驱动压力对探针表面温度的影响.经过传热分析,指出在17°C生理盐水中探针内部液氮流动沸腾模式为膜态沸腾,针对流动膜态沸腾提出了螺旋细丝和螺旋丝网两种强化换热形式,并对其传热特性进行了初步研究.结果表明:使用了快速预冷汽液分离器后,探针预冷时间大大缩短,并随驱动压力增大而减小;加入螺旋丝和螺旋丝网后,在预冷阶段出现明显的热力振荡,并伴有密度波振荡,平均换热系数为原来的1.5倍,在17°C生理盐水中10 min时2.5 mm探针表面温度最低可达-160°C,大大提高了探针的冷却性能.     

高热流密度下高度对微小间隙通道内流动沸腾特性的影响

实验研究了常压去离子水在不同高度的微小间隙通道内的流动沸腾特性．实验热流密度为0～206 W/cm²，质流密度为200～400 kg/(m²·s)，间隙为1 mm和2 mm．结果显示，随着实验条件的变化，通道内出现了泡状流、清扫流、搅拌流，且在清扫流早期观察到不稳定流动现象．此外，间隙高度降低促进了流型的过渡，加快了不稳定流动的进程．1 mm通道内核态沸腾起始点的热流密度低于2 mm通道，表明间隙高度的降低更有利于气泡在低热流密度下成核；1 mm通道的过冷沸腾传热系数最高为2 mm通道的1.7倍，2 mm通道内饱和沸腾传热系数略高于1 mm通道．表明低热流密度下过冷沸腾时小通道具有更好的传热性能，高热流密度下饱和沸腾时大通道的传热稍具优势，同时表明间隙高度造成的传热差异随热流密度增大先增大后变小；1 mm通道内临界热流密度为2 mm通道的83%，表明间隙高度的降低会使得临界热流密度降低．     

低温流体大空间膜态沸腾换热预测

为了预测低温流体膜态池沸腾换热特性,研究了文献中涉及低温流体膜态池沸腾换热的实验数据,并根据加热面结构对数据进行了分类整理。以此为基础,与3种典型膜态沸腾换热模型(Bormley模型、Frederking模型和BreenWestwater模型)的预测结果进行了对比分析,探讨了现有模型在预测不同结构加热面低温流体沸腾换热时的适用性与精度,实现了低温流体膜态沸腾换热的准确预测。研究发现,对于低温系统预冷过程,在分析膜态沸腾传热时可不考虑辐射热的影响,但必须考虑加热面结构的影响。对于水平管与球形加热面,可分别选用Bromley公式与Frederking公式预测沸腾传热系数;对于平板与丝状结构表面,分别修正了Frederking公式与BreenWestwater公式,修正后两模型预测误差均小于15%。研究内容为低温换热系统的设计及运行提供了可靠的理论支持。     

微槽平板传热实验研究(英文)

本文以甲醇为工质实验考察了方型微槽结构平板的传热特性,测试了6种不同尺寸实验段的传热数据,发现槽内单相液体对流随加热负荷或壁温升高有传热与流动形态的变化。分析表明,这种形态变更与微槽内液体因壁温升高引起的明显物性变化密切相关。文中分析了液体流速、温度以及微型结构的几何尺寸对传热及流动形态变化的影响。实验还发现微槽结构内的流动核沸腾与通常情况存在明显差异。本研究为微尺度传热的高技术应用和深入的理论研究提供了实验依据。     

Bubble Interaction in Thermal Boundary Layers

IntroductionBoiling is often encountered in a wide variety ofapplications,including traditional industrialprocesses,such as metallurgical quenching,flooded tube and shell evaporators,and immersioncooling of industrial components,and modern heattransfer te…     

微尺度核态沸腾换热的汽泡交互作用实验研究

核态沸腾换热是一种高效的换热形式,沸腾机理的研究对强化传热的研究很重要。实验采用微尺度96加热片阵列,通过独立的控制电路,加热独立的各个加热片,使其维持在恒定温度120℃上。利用高速摄像技术分别从汽泡的底部和侧面对汽泡生长及运动现象进行可视化观测,并用高速数据采集系统同步记录汽泡一个生长期间不同阶段的热流密度。实验首先单独加热每个独立的区域,产生单个汽泡,并分析汽泡脱离频率、脱离直径和热流密度;然后通过加热两个相隔一定位置的加热片区域,使得汽泡长到一定大小后能够碰撞、合并为一个新汽泡并最终脱离。这种汽泡交互作用伴随着汽泡的变形、滑移,显著增加了沸腾换热的热流密度和汽泡脱离频率。通过分析每个加热片的热流密度,得出瞬态导热是沸腾换热的主要机理。     

Energy conservation research of dehumidification system for main cable anticorrosion of suspension bridge

The necessity of the main cable anticorrosion for suspension bridge is described, and operating principles and composition of main cable dehumidification system are analyzed. An idea using the waste heat of high temperature outlet air of dehumidification system to heat up regeneration air of rotary-type dehumidifier is put forward in this paper. The concrete scheme is to install a heat exchanger on air-out pipeline of roots blower and air-in pipeline of regeneration electric heater of rotary dehumidifier. Air preheated by the heat exchanger enters regeneration electric heater of rotary-type dehumidifier. Energy conservation of main cable dehumidification system for the Yangtze River highway bridge is calculated, and the results show that energy conservation rate can reach 44 %.     

海底热油管道悬空段停输温降过程的数值模拟

海底热油管道的悬空段由于没有周围泥沙的保温蓄热作用,停输之后管内温降比埋入海底泥沙中的管段快得多,故而其温降成为停输过程的关键。针对海底管线悬空段的热力特性,考虑原油凝固潜热对停输温降的影响,利用CFD软件,对其停输温降过程进行数值模拟。分析温降变化规律、不同海水温度对温降的影响,从而确定最佳停输时间,为海底热油管道制定再启动方案提供理论依据。     

微肋阵通道沸腾起始点实验研究

以去离子水为工质,在质量流速G=292.8~412.2 kg/(m²·s),入口温度T_in=50.6~81.5 °C,热流密度q"=10.1~87.1 W/cm²的条件下,对圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道内沸腾起始点特性进行了实验研究。对微肋阵通道内单相对流传热和两相沸腾传热过程的分析结果表明,壁温和压降曲线的变化趋势均可作为沸腾起始点的判定依据。通过分析各实验参数对沸腾起始点热流密度的影响趋势,发现微肋阵通道内沸腾起始点热流密度随质量流速的增大而增大,但是随着入口温度的增大而减小;在相同工况条件下,圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道沸腾起始点热流密度依次减小。     

梯形微通道气液分相强化换热实验研究

针对微通道换热器强化沸腾换热,提出分段式梯形换热结构,该结构可实现气泡在表面张力驱动下间断性流向通道两侧,保持中间加热区为液体,实现气液分相流动,进而强化沸腾换热性能。采用无水乙醇为工质,实验研究直肋和梯形结构铜基表面在热流密度为160~320 kW/m²和工质流量为0.4~2.0 g/s时壁温、换热系数等参数变化规律。结果表明：在饱和沸腾区,梯形分相结构可有效实现气液分离,进而降低壁面温度,大幅提高换热系数;如在25 mm位置处,5段结构换热系数比平行结构换热系数提高了60.4%;在单相加热区,换热面积为主要影响因素,直肋结构换热系数略大,但换热系数比饱和沸腾时小一个数量级。平均换热系数分析得到5段结构微通道比平行结构微通道提高了53.8%,可见分段式结构可实现气液分相流动,有效提高沸腾换热的平均换热系数,增强整体换热能力。     

脉冲宽度及质量流量对微尺度流动沸腾的影响

对通过微机械加工技术制成的微芯片进行微尺度过冷流动沸腾现象的研究,分析了脉冲宽度及质量流量对沸腾起始时间的影响.所用Pt微加热器尺寸为140 μm×100 μm,试验过程选用了6个脉冲宽度（0.05、0.10、0.20、0.60、1.00和2.00 ms）及5种质量流量条件（45、90、135、180和225 kg/(m3·s)）,结果表明：脉冲宽度和质量流量对绝对沸腾起始时间影响不大;通过试验数据得到不同脉冲宽度下各个区域的转变关系式,以及对本试验最有效的脉冲宽度为0.20 ms.     

多孔表面涂层管强化传热机理研究

在表面多孔管制备工艺及传热性能测试的基础上,着重阐述试验数据的计算处理与某些常数的拟合确定,并用壁温测试法检验沸腾温差半经验公式,综合分析沸腾传热强化的原理．     

半埋热油管道传热研究

受飓风、暴雨、泥石流等恶劣天气的影响,埋地管道可能局部处于半掩埋状态。目前半埋管道传热计算多采用“线性插值”模型。建立了半埋热油管道的流（空气水）—管—土耦合传热机理模型,并利用数值模拟手段对不同条件下管道的传热特性进行了研究。结果表明,管道的总传热系数、出口温度和土壤蓄热量与管道的相对埋入面积呈明显的非线性关系;线性模型与机理模型的计算结果在趋势与数值方面均具有较大偏差;管道刚好完全掩埋时与完全不掩埋时相比,总传热系数出口温度的差异较大,且管径越大,差异越显著;当环境流体的温度较低时,管道出口温度对相对埋入面积更敏感。