超临界环己烷水平管内水动力学多值性研究

针对高速飞行器内再生主动冷却技术中可能存在的流动不稳定问题,对超临界碳氢化合物的水动力学多值性进行了实验研究。结果表明:超临界流体存在水动力学多值性;提高工作压力或入口温度、降低热流密度、减小加热管长、增加管道内径,均有利于增加水平管内换热系统流动的稳定性,削弱水动力学多值特性。基于实验数据,采用归一化方法总结出了在实验工况范围内可用于预测流动不稳定起始点(onset of flow stability,OFI)的关联式。该关联式只由3个量纲一参数组成,却包含了5个影响OFI的重要参数,计算结果与实验结果之间的误差在10%以内。     

正方形小通道内不同性质溶液-氮气两相流型

采用可视化手段研究了水力直径为2.5mm的正方形小通道内蔗糖-氮气、羧甲基纤维素钠(CMC)-氮气、水-氮气和水力直径为1.0mm的正方形小通道内蔗糖-氮气的垂直绝热上升流动,对其流型、压降进行了实验采集.实验中的典型流型有:弹状流、搅拌流和环状流.通过大量的数据得到了各个溶质的流型转变图和压降曲线,对各种流型的流动机理进行了分析,着重对黏弹性对于流动的影响进行了研究.通过水力直径为2.5mm的小通道内蔗糖-氮气、CMC-氮气和水-氮气流型的对比,总结了流体的黏弹性、流量对于流型转变的影响.对不同水力直径时的蔗糖-氮气流型进行对比研究,总结了流体水力直径、表面张力等因素对于流型转变的影响,同时在水力直径为1.0mm的小通道内发现了明显的二次流动现象.实验证实Chisholm方法对于非牛顿流体的压降处理已不再适用.     

小通道内碳氢化合物极限热流密度实验研究

针对新一代发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的传热问题,对超临界压力下碳氢化合物的传热特性进行了实验研究。利用主流温度、内壁温度、传热系数等划分指标,量化了正常传热、传热强化、传热弱化3个阶段的区间划分;定义超临界压力下发生传热弱化时对应的热流密度为极限热流密度,对其影响因素进行研究,发现压力越高、质量流量越大、加热入口温度越低,极限热流密度越高;采用拟沸腾数对极限热流密度进行表征,并发现拟沸腾数与入口温度和压力相关,与雷诺数弱相关;基于实验数据,采用量纲分析方法得到综合影响因素下极限热流密度的预测公式,数据预测偏差在±10%以内。该研究结果可用于预测传热弱化现象的发生,为飞行器换热结构设计提供理论依据,进而保证飞行器整体的安全运行。     

振动对管内流体对流传热影响实验研究

利用实验的方法研究了水平圆管在高频低振幅的横向振动条件下,管内流体的传热特性,分析了不同振动参数对管内流体传热的影响.针对振动对传热影响的研究使用实验测量的振动加速度进行频谱分析得出共振频率.结果表明:随着振动频率的增加管内对流换热系数先增大,达到峰值(共振频率下)后迅速减小,最终趋于稳定;随着振动加速度的增大,管内对流换热系数增大,且振动频率对传热的影响要强于振动加速度.传热强度最高提升14.94%.此外,根据实验结果拟合了Nu增强率关联式,将拟合结果与实验值进行比较,误差最大在8.02%左右,可为工程实际应用提供参考.     

灰化温度和热解气氛对污泥灰热力学特性的影响

通过对污泥灰样微观形貌、化学组成、矿物质转化、热力学特性以及加热过程中潜在的物理化学变化进行分析和探讨,获得了灰化温度以及热解气氛等对污泥灰样理化特性及热力学特性的影响规律。实验结果表明,污泥灰样呈典型的多孔特性,在热处理过程中易发生变形、烧结和熔融。灰样的主要化学成分为SiO_2、Al_2O_3、P_2O_5、CaO、Fe_2O_3和MgO,并以石英、硬石膏、白磷钙石、磷酸钙、磷酸铁钙、硅线石以及钙长石等矿物质形式存在。污泥灰样中的含磷矿物质及其转化过程对污泥灰矿物质演变和热力学特性影响显著,过量的磷酸盐离子会优先结合硬石膏中原本与硫酸根离子结合的钙离子,形成高熔点的白磷钙石和易分解的硫酸铝,从而导致硬石膏的分解并以SO_2或SO_3的形式释放S元素。同步热分析实验表明,污泥灰样A在空气气氛条件下经历了4个热力过程,分别为外在水分蒸发,白云母脱羟基和结晶水析出,白云石、方解石和白云母分解以及矿物质熔融和硬石膏分解,而污泥灰样B则表现为3个热力过程,分别为外在水分蒸发,以晶体转化、非晶体或无定形物质形成为主的微质量损失过程以及硬石膏分解和气相产物释放。灰样在氮气气氛中的热力学特性与空气气氛中相似,但总质量损失低于空气气氛中的总质量损失。