基于两相流EWF模型蒸发式空冷器数值模拟

建立了8排蒸发式空冷器管束三维模型,在恒壁温边界条件下,在管束表面施加质量源项模拟喷淋液膜,采用Eulerian Wall Film (EWF)模型与Mixture Species Transport模型耦合来研究蒸发式空冷液膜与空气间热质传递。数值模拟得到的空气出口温度、含湿量的数据与试验数据的误差分别为-0.67%～-0.98%、-4.95%～2.29%。比较了不同喷淋流量下管束表面液膜质量分布,小喷淋流量下液膜主要分布在管壁下半部分,随着喷淋水流量增加,管壁液膜分布趋于均匀,管排水膜温度由上至下先增加后减小。由于空气在管束背风面的流速较低,形成较高含湿量与温度三角区域。数值模拟得到的水膜与空气间的传质系数比试验值小,误差为-8.00%～-9.30%。揭示了蒸发式空冷器热质传递机理,为蒸发式空冷器设计改造提供了理论基础。     

喷淋式助燃空气加湿型烟气冷凝余热回收系统实验研究

提高燃气锅炉烟气冷凝余热回收效率和降低烟气氮氧化物排放浓度研究工作具有重要的工程应用价值。提出了一种喷淋式助燃空气加湿型烟气冷凝余热回收方式。实验研究了助燃空气含湿量变化对燃气锅炉的烟气露点温度、系统热回收效率、氮氧化物排放浓度的影响规律。实验结果表明:当助燃空气的含湿量从3 g/kg增加到60 g/kg时,对应的烟气露点温度可提高8. 0℃;在维持喷淋水温度45℃、喷淋水质量流量0. 075 kg/s的工况下,烟气余热回收效率可达到8. 4%;排放烟气中的氮氧化物平均浓度可从101. 6 mg/m~3降低到53. 3 mg/m~3。当助燃空气含湿量处于40 g/kg时,燃气锅炉运行比较稳定,排放烟气中的氮氧化物平均浓度为70. 1 mg/m~3。     

缸盖鼻梁区氧化铝纳米流体沸腾换热数值模拟

利用数值模拟软件CFX建立氧化铝纳米流体沸腾换热模拟简化模型,研究氧化铝纳米流体作为冷却液以改善缸盖鼻梁区换热效果问题;选取粒径为20、40、60 nm流体,每种流体设置质量分数为3%、5%、10%和20%等4组实验,外加纯基液进行对比,共13种纳米流体,研究其在简化模型中的冷却效果,分析火力面侧的气泡分布和热流密度,同时探讨传热强化的原因以及粒径和质量分数对传热的影响。模拟结果表明,氧化铝纳米流体均能够强化该区域的沸腾换热,纳米颗粒与基液的对流换热以及纳米颗粒与壁面的接触换热均使传热得到强化,且粒径和质量分数越大,强化传热效果越好。     

吹风比和湿空气含湿量对平板气膜冷却流动与传热特性的影响

为进一步分析出湿空气作为冷却工质时气膜冷却相对于干空气气膜冷却的差异，分别通过实验与数值方法，探究了吹风比和湿空气含湿量对平板气膜冷却的影响。在实验研究中，采用红外热像仪测量靶面温度，对比分析了不同含湿量与吹风比下平板气膜冷却性能变化规律，从而得到气膜冷却效率关于吹风比与含湿量的变化关系。在数值研究中，建立了具有单个气膜孔、周期性边界条件的气膜冷却模型，利用ANSYS CFX软件数值分析了高温高压条件下的不同吹风比，不同湿空气含湿量条件下的流动与传热特性。结果表明：在实验条件下，当吹风比为0.7时，靶面冷却效率随含湿量的增加而增加；当含湿量为188.9 g/kg时，湿空气相对于干空气的靶面平均冷却效率增加量最高，约为4.8%。数值分析结果和实验吻合较好。进一步的数值分析表明，当吹风比为0.7时，气膜冷却效果最好，且吹风比处于0.3～0.7之间时，靶面的气膜冷却效果均随着含湿量的增加而增加，当吹风比大于0.7时的规律则相反。基于实验结果与数值结果拟合出靶面平均气膜冷却效率关于吹风比和含湿量的关联式，实验值和数值结果与关联式的相对误差均小于±2%。     

纳米流体的制备及稳定性分析

采用"两步法"制备了Al__2O_3-水和SiO_2-水纳米流体,并分别采用十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfonate,SDS)和阿拉伯树胶(Arabic gum,AG)作为分散剂。通过圆环法测定了25℃时SDS水溶液的临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC)。利用悬浮物测试仪分析了纳米流体的稳定性,并着重分析比较了超声分散时间、分散剂浓度、分散剂种类对纳米流体稳定性的影响。分析结果表明:Al_2O_3纳米颗粒在超声分散3 h时具有最佳的稳定性,SiO_2纳米颗粒在超声分散5 h时获得最佳稳定性。添加阴离子表面活性剂SDS的质量分数在CMC附近时,对两种纳米流体均具有最好的稳定性,而高分子表面活性剂AG的质量分数与纳米粒子的质量分数相仿时,具有最好的稳定性。     

布朗运动对Cu-水纳米流体传热效率的影响

对三角形腔内Cu-水纳米流体的稳态自然对流传热问题进行数值模拟,建立完全高精度紧致差分方法,研究纳米流体瑞利数、纳米流体体积分数和纳米颗粒布朗运动对纳米流体对流传热效率的影响。数值结果表明，对于所考虑的瑞利数，无论考虑Cu纳米颗粒的布朗运动与否，纳米流体的对流传热效率都随着纳米流体体积分数的增加而增加；同时，当考虑Cu纳米颗粒的布朗运动时，纳米流体的传热效率略高于不考虑布朗运动时纳米流体的传热效率。在此基础上，建立Cu-水纳米流体传热效率与瑞利数、纳米颗粒的体积分数之间的修正模型。     

纳米流体液滴瞬态蒸发速率影响因素实验研究

为了提升喷雾冷却等液滴蒸发应用过程的瞬态蒸发速率,该文探究纳米颗粒的加入对液滴瞬态蒸发特性的影响规律。通过可视化实验研究了水基CuO、Al_2O_3纳米流体液滴在加热铜基板上的瞬态蒸发速率,测量了液滴蒸发过程中接触角、接触半径等形态参数随时间变化关系,并分析了纳米颗粒质量分数、基板加热温度对纳米流体液滴瞬态蒸发速率的影响规律。实验结果表明:纳米颗粒的加入有利于提升液滴蒸发速率,当基板温度为45℃时,与纯水液滴瞬态蒸发速率单调递减规律不同,2%质量分数的纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间呈现先降低后升高的变化规律;在较高基板温度(60℃、75℃)时,纳米颗粒对液滴瞬态蒸发速率提升作用并不是随着颗粒浓度的增加而一直增加。实验发现1%质量分数纳米流体液滴蒸发速率要高于0.1%与2%质量分数液滴。     

不凝性气体对竖直平板对流冷凝的影响

数值研究了不凝空气质量分数、液膜、空气-蒸气流速等对竖直平板冷凝过程的影响.气液两相流采用流体体积(VOF)法模拟,水蒸气在不凝空气中的输运过程采用组分输运方法模拟.基于气体分子动力学基本理论推导出相变模型,对纯蒸气冷凝过程数值计算并与理论解比较,确定模型系数.数值结果表明,少量不凝空气对蒸气对流冷凝的影响并不十分明显;随着不凝空气质量分数的增加,冷凝换热明显下降;含少量不凝空气的蒸气对流冷凝在忽略液膜影响时壁面换热系数约升高8%;水蒸气-空气混合气体流速升高对对流冷凝换热系数的提升低于纯对流换热.     

静电纺PLA/Ag-TiO_2纳米纤维膜的制备及性能

利用静电纺丝技术,将聚乳酸(PLA)和载银二氧化钛(Ag-TiO_2)进行混合纺丝,制备PLA/Ag-TiO_2复合纳米纤维膜。将制备的PLA/Ag-TiO_2复合纳米纤维膜应用于亚甲基蓝溶液的催化降解和空气过滤领域,研究其光催化、过滤和重复使用等性能。同时采用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDX)对纳米纤维膜进行表征。研究结果表明:当PLA/Ag-TiO_2纺丝液中PLA的质量分数为10%(Ag-TiO_2占PLA的质量分数为2%)时,制备的复合纳米纤维膜的纤维形态较好,纤维直径更加均匀;使用50mg复合纳米纤维膜光催化降解质量浓度为5mg/L的50mL亚甲基蓝溶液,反应时间达到80min时,亚甲基蓝降解率达到53.50%,纳米纤维膜重复使用5次后,依然保持良好的光催化性能;同时复合纳米纤维膜具有优异的过滤性能,其空气过滤效率最高达到95.70%。     

含Ag-乙二醇纳米流体的制备及其导热性能

在室温下采用直接还原法制备了含PVP表面修饰、高负载量的纳米银-乙二醇纳米流体。实验详细比较了各种反应条件对Ag纳米粒子结构、大小、形貌以及乙二醇纳米流体的稳定性、负载量的影响。结果表明:由于PVP对银粒子有良好的表面修饰作用和纳米粒子自身的布朗运动,使得银粒子能够稳定地分散于乙二醇流体中。当PVP含量为12.5 g·L~(-1)时,Ag粒子最大负载量可以达到20.96 g·L~(-1)。同时采用仿制的纳米流体导热系数测试装置测定了上述不同负载量流体的导热系数,结果表明纳米流体比纯乙二醇的导热系数明显提高;当银粒子的体积分数为0.06%时,纳米流体的导热系数提高了36%。     

混合基纳米流体在汽车散热器中的稳定性及传热特性

摘 要 使用SiO2和MWCNT纳米颗粒,在80%：20%的水/乙二醇基液中制备纳米流体,分别研究超声波振荡时间、分散剂对纳米流体稳定性的影响,结果表明：最佳振荡时间为1 h;十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）的最佳添加量为质量分数0.05%,十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的最佳添加量为0.1%;在最佳添加量下,CTAC的分散效果优于SDBS;在同一分散剂下,MWCNT-水/乙二醇混合基纳米流体的稳定性优于SiO2-水/乙二醇混合基纳米流体。研究不同浓度的纳米流体在不同流速、温度下的传热特性进行分析。结果表明,与基液相比,纳米流体的传热速率有了明显的提高;与纳米流体的传热速率增加相比,纳米流体浓度对压降和有效泵功的不利影响可以忽略不计。     

Cu-H_2O纳米流体的粘度研究

采用毛细管粘度计测量了Cu-H2O纳米流体的粘度,研究了pH值、分散剂加入量和纳米颗粒质量分数对纳米流体粘度的影响.结果表明在液体中添加纳米颗粒,其粘度发生了变化,但不同因素对纳米流体粘度的影响不同.在最佳pH值和分散剂加入量时,纳米颗粒质量分数对粘度的影响较大.     

参数对横流闭式冷却塔冷却效率的影响

为了研究不同参数对横流闭式冷却塔冷却效率的影响,建立传热传质数学模型,并利用Matlab软件对塔内的热质交换过程进行模拟,分析结构和运行参数对横流闭式冷却塔冷却效率的影响.结果表明:冷却塔中盘管排数、单排管数、单排盘管长度的增加均有利于冷却效率的提高,而盘管间距的增加会使冷却效率降低;空气流量和喷淋密度的增大,有利于冷却效率的提高;空气湿球温度和冷却水流量的增加导致冷却效率的降低.综合考虑,空气湿球温度和管内冷却水流量对冷却效率的影响较大,而单排盘管长度对冷却效率的影响较小.     

基于多相流模型的纳米流体在水平细圆管内强制对流换热数值模拟

运用2种多相流模型模拟了纳米流体在细圆管内的强制对流换热特性,并与已有文献的实验值和传统流体经验公式的计算值进行对比.其中,采用混合模型和欧拉模型分析了雷诺数、纳米颗粒体积分数等物理量对换热特性的影响.结果表明:在纳米颗粒体积分数较低时,模拟值与其实验值及经验公式的计算值相差不大;随着纳米颗粒体积分数增加,其非常规的流体特性逐渐突出,当纳米颗粒体积分数达到一定值时,常规的流体经验公式已不再适用,纳米流体换热呈现出一定的多相流特性,且多相流模型的模拟值更接近于其实验值,表明运用多相流模型能够模拟纳米流体的换热特性.     

纳米流体微通道热沉的性能强化

基于对纳米流体热导率及黏度公式的筛选,本文发展了纳米流体微通道热沉的三维流固耦合模型,分析了热沉结构、纳米颗粒种类、粒径、体积分数及基液种类等关键参数对热沉性能的影响.结果表明:(1)纳米颗粒随机运动引起的附加热耗散强化了纳米流体的对流换热,显著提高了热沉的冷却性能;(2)纳米流体的强化作用依赖于热沉结构,且依赖关系不同于纯流体,需对纳米流体作为冷却剂的热沉结构进行优化;(3)颗粒体积分数增加,热沉热阻降低,但压降升高,综合考虑热阻和压降,最佳的冷却剂为0.5%体积分数的水基Al2O3纳米流体,相对于纯水,其使热阻降低了10.1%,压降仅增加0.38%;(4)颗粒粒径对热阻影响较小,考虑纳米流体稳定性,推荐使用小粒径的纳米颗粒;(5)Al2O3纳米颗粒优于TiO2,CuO最差,最优的基液为水,依次为乙二醇和机油.     

紫外光固化无机-有机复合涂层的制备与性能研究

采用共混法制备了基于环氧丙烯酸酯(EA)的含纳米SiO2粒子的无机-有机紫外光固化复合涂层,并对其结构、热稳定性和物理性能进行了检测.结果表明,纳米SiO2粒子在涂层内部形成了含Si—O—Si的交联网络结构,这种结构有助于改善涂层的热稳定性.SiO2的质量分数为5%时,复合涂层的热稳定性最高.随着SiO2添加量的增加,复合涂层的光泽度降低.加入适量的纳米SiO2粒子可以提高涂层的硬度,当添加量为3%~5%时,复合涂层的铅笔硬度可以达到3H.     

横流式冷却塔传热传质数值计算

采用一种流动传热数值计算模型,利用SIMPLE算法求解二维椭圆型方程的程序,针对上海化机二厂HBG-700型横流塔进行了传热传质数值计算,考虑了流动的非均匀性和空气密度变化,以及流动、传热和传质的耦合。通过计算,得出冷却塔中,空气的速度、压力、温度和含湿量,以及水温的二维分布。出塔平均热力参数与实塔测试结果以及压差法的计算结果基本相符。     

纳米SiO2和CaCO3改性脲醛树脂甲醛含量及性能研究

采用质量分数1%硅烷偶联剂KH一570处理纳米SiO2和纳米CaCO3表面,通过间歇式超声波震荡法将纳米SiO2和纳米CaCO3加入脲醛树脂进行改性;研究了纳米SiO2和CaCO3用量对脲醛树脂游离甲醛、粘度、固化时间、拉伸剪切强度的影响.结果表明:纳米SiO2、CaCO3用量对相同F/U摩尔比脲醛树脂的性能有不同程度的影响.当纳米SiO2用量小于质量分数1.5%时,用量越大,游离甲醛含量越低,粘度越大,拉伸剪切强度越大,对固化时间影响不大,而纳米SiO2用量超过质量分数1.5%时,游离甲醛含量不再下降;随着纳米CaCO3的加入量的增加,游离甲醛含量也越低,粘度越大,拉伸剪切强度变化不大,树脂的固化时间延长,加入量大于质量分数7%时,树脂不能固化.因此纳米CaCO3加入量控制质量分数5%时,树脂性能最佳.     

SiO_2-水纳米流体稳定性及导热性能

采用两步法制备体积分数为0.1%~0.5%的S iO2-水纳米流体,并利用zeta电位、吸光度和粒度分析表征其悬浮稳定性,研究发现超声振动5 h其悬浮稳定性最佳。采用瞬态热线法测量纳米流体的导热系数,结果表明:纳米流体导热系数的变化与纳米颗粒体积分数和温度的变化成正比,其中25℃时体积分数为0.3%的S iO2-水纳米流体相对于水的导热系数提高11.5%,而在50℃时则提高46.5%。建立纳米流体导热系数模型,与其他模型比较发现,本理论模型更接近于实验值。     

CuO/水纳米流体悬浮液分散性能研究

通过在去离子水中添加纳米CuO颗粒,制备一种新型强化传热工质CuO/水纳米流体。采用离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、非离子型表面活性剂聚乙二醇6000(PEG6000)对纳米CuO颗粒进行分散,并对其zeta电位、粒度及吸光度进行测量。系统研究超声振动时间、表面活性剂种类和质量分数、pH值等对CuO/水纳米流体悬浮液分散性能的影响。实验结果表明,随超声振动时间的延长、分散剂浓度及pH值的增加,纳米CuO颗粒的分散性均出现先增后降的变化规律;纳米CuO颗粒的分散存在一个最佳超声振动时间、分散剂质量分数和pH值。纳米CuO在悬浮液中的最佳分散工艺条件为:超声振动时间1.5 h,pH=8,wSDBS=0.06%。