具有相同纵横比的梯形微通道内水蒸气流动凝结换热系数

采用微通道内壁集成Pt电阻测量温度的方法,试验研究了具有相同纵横比的2个硅基梯形微通道内水蒸气的流动凝结换热系数,并基于湍流热边界层分析,建立了剪切力驱动的环状流换热系数半理论模型.结果表明,冷凝换热系数随水蒸气质量流量及其干度的增加而增大,在水力直径较小的通道中,微通道换热效率较高.     

低温透平膨胀机内非平衡自发凝结两相流动的数值研究

针对低温透平膨胀机内复杂自发凝结三元两相流动问题,基于非等温修正成核模型及Gyarmathy液滴生长模型,采用非平衡凝结数学模型,准确预测了气体快速膨胀中凝结成核和液滴生长的过程,基于数值模拟结果,研究了进口过热度和旋转作用对工作轮流道内自发凝结过程的影响,并分析了流道内液滴数目密度、液滴直径及带液量的分布规律。模拟结果表明:当进口过热度不够低时,快速成核发生在工作轮内导流段并发展缓慢,致使气体始终保持在较高的过冷度状态且成核区域较大;非平衡自发凝结与二次涡流的相互作用产生的逆温梯度会带来附加热力学损失,同时增大的逆压梯度会造成更强的边界层分离,从而引起附加流动损失;对于径-轴式工作轮,在二次涡流区域、吸力面壁面附近及尾迹涡流区域内容易发生液滴的聚集,这很容易引起二次成核并形成大尺寸二次液滴,进而带来附加机械损失。     

过饱和水蒸汽自发凝结现象实验装置的研制及实际流动Wilson点位置的确定

本文介绍了我国第一台用以研究过饱和水蒸汽自发凝结现象的拉伐尔喷管试验装置.阐述了它的设计思想、主要特性以及取得试验数据的基本方法.在试验基础上定量地提出了考虑喷管内的流动损失时Wilson点位置的确定方法.提供了关于出现过饱和水蒸汽自发凝结现象的湿蒸汽两相流的部分试验结果.     

进汽参数对拉伐尔喷管中水蒸气自发凝结的影响

针对不同进汽参数条件下水蒸气从过热区膨胀进入湿蒸汽区的自发凝结规律问题,采用数值模拟方法研究其流过拉伐尔喷管时在非平衡和平衡条件下的凝结特性,分析了进汽参数对水蒸气非平衡凝结过程的过冷度、液滴数、湿度、压比以及马赫数的影响,比较了其平衡凝结和非平衡凝结特性的差异。结果表明:当进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结过冷度较大,压力和马赫数的突跃现象显著;随着进汽压力提高,非平衡凝结造成的参数突跃变化减小,出口湿度逐渐增大,当p/pc为0.8时,出口湿度超过了20%。通过比较水蒸气的平衡凝结和非平衡凝结特性,发现喷管进汽压力较低时,水蒸气非平衡凝结与平衡凝结计算结果的差异显著,Wilson点在平衡态中湿度达到8.40%;而当进汽压力接近临界压力时,平衡凝结的计算结果基本接近非平衡凝结的结果,Wilson点在平衡态中的湿度仅为1.98%。     

细圆管内流动凝结换热的流型研究

通过可视化观察实验,分析细圆管的管径、流量以及倾角对管内蒸气流动凝结过程流型的影响.研究表明,在小尺度下,重力的影响受蒸气剪切力和表面张力作用而降低,流动的分层受到明显削弱.随着管径的减小,凝结液分布比较均匀的近环状流在流型图上所占区域增大.现有用于常规尺度下的流型图不适用于细圆管内流动凝结流型的预测.     

膨胀率对氮气和水蒸气超音速凝结特性的影响

为了研究膨胀率对氮气和水蒸气超音速凝结特性的影响规律,利用双组分凝结流动数值模型对氮气和水蒸气的不平衡凝结流动进行了数值模拟.对数值模型进行了验证,发现模拟结果与实验结果一致.利用该数值模型研究了不同膨胀率对氮气和水蒸气凝结流动的影响,发现在相同的进口参数下,随着膨胀率的增大,极限过冷度变大,液滴成核率和液滴数增大,但液滴半径减小.在超音速分离管设计过程中,需要综合考虑膨胀率与液滴半径两方面因素来获得较高的分离性能.     

梯形横截面微通道内的水蒸气凝结压降实验及其模型修正

通过梯形微通道内水的单相流动摩擦压降和水蒸气凝结压降实验,分析水蒸气冷凝过程及压力和温度等参数对其水蒸气凝结压降的影响,根据实验数据修正Lockhart-Martinelli的两相流压降模型,提出了新的实验关联式,并将实验结果与现有微通道和常规通道的压降关联式进行比较.结果表明:单相层流摩擦因数随Re的增加而缓慢增大;凝结压降在质量流量保持不变的条件下,随干度的增加而增大,在相同千度条件下,随质量流量增加而增大,同时随微通道水力直径的增加而减小;根据实验结果回归得到适用于梯形微通道内凝结摩擦压降Martinelli-Chisholm常数C的关联式.     

缸内直喷汽油机喷嘴内流动影响参数分析

为了研究缸内直喷汽油机喷油嘴内流动特性及影响喷孔出口流动参数的因素,建立了欧拉多流体模型对喷嘴内流动进行模拟计算,并对所建模型进行了验证.分析了不同介质和不同喷嘴进出口压差下喷孔内流动特征及影响喷孔出口截面流动参数的因素.结果表明:气泡数密度增大则空穴程度增大,但当气泡数密度大于一定值时,空穴流动趋于稳定;随着空穴程度的增大,喷孔出口截面平均速度增大,平均湍动能减小;喷嘴进出口压差的增大,有利于空穴的发生;喷嘴内湍动和气泡与流动介质间相对运动产生的压力波动,有利于喷嘴内空穴发生;在较高的喷嘴进出口压差的情况下,局部湍动对喷孔出口截面的湍动能影响不可忽略;喷孔内流量系数主要受空穴程度影响.     

喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响

为弄清喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响,阐明喷嘴内气液两相空化流动初生机制,采用背景光高速显微成像技术获得不同锥度系数及燃油温度下简化竖直单孔柴油喷嘴内空化流动及近场喷雾光学图像。结果表明：随着喷射压力增大(0.2～1.0 MPa),柴油喷嘴内燃油逐步从单相流动发展为片空化、线空化、空气倒吸和超空化等多种气液两相空化流态;云空化、线空化和空气倒吸现象的初生强烈依赖于燃油喷射压力,且具有显著的瞬态不稳定性。与圆柱形喷孔相比,渐缩锥度喷孔对各类空化流态具有明显的抑制作用,且锥度系数越大,抑制作用越显著。同时,提高燃油温度(288 K、303 K和323 K)有利于各类空化流态的初生及发展。此外,喷孔内部空化两相流动加剧了燃油射流的不稳定性,促进了射流破碎雾化,有利于增大喷雾锥角。研究为揭示各空化流态特性及其对喷雾特性的影响规律奠定了理论基础。     

轴流式无叶喷嘴透平级内流动及级特性

初步研究了轴流式无叶喷咀透平级的级内流动问题,根据气动基本方程建立了级内流动计算方法,编制了计算程序进行了流埸计算.对同一叶轮的有叶喷咀和无叶喷咀两种透平级的特性进行了对比实验,实验结果表明轴流式无叶喷咀透平级具有良好的实用价值.     

低温透平膨胀机内平衡凝结两相流动的数值模拟

采用Peng-Robinson方程及零压多项式拟合了低温空气二元混合物的物性,利用商业软件ANSYS CFX对设计工况下的单相流动及进口升压降温后平衡凝结两相流动进行了数值模拟,得到了全低压空气分离流程中的低温两相透平膨胀机喷嘴和工作轮的温度场、压力场、流线及带液量云图,同时推导了该工况下膨胀机的等熵效率.结果表明,工作轮流道内吸力面壁面处的涡流会延迟凝结相变发生,叶片后缘处的尾迹使得吸力面壁面处的带液量有所减小.最后,通过实验验证了模拟结果,表明利用平衡凝结相变模型能够模拟小带液量透平膨胀机流道内的两相流动.该结果可为低温两相膨胀机研究提供参考.     

竖直槽道内蒸气向上流动凝结换热的实验研究

通过高速摄影仪拍摄手段,观察了制冷剂R410A蒸气在水力直径为14.34mm、长度为160mm的竖直矩形槽道内垂直向上流动凝结过程中壁面液膜的流动特征.实验结果表明:在饱和温度为28℃和质量流速范围为1.8~23kg·m~(-2)·s~(-1)实验条件下,随着质量流速的增大,壁面出现假滴状流动和层流波状流动,并且随着质量流速的增大凝结液膜逐渐增厚,液膜表面波动亦更加明显;槽道内的平均凝结换热系数随质量流速的增大出现先增大后减小的趋势.实验得到了槽道壁面测温点分割出的四段壁面的各段的平均凝结换热系数的沿槽道轴向的变化情况.     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

CVD反应器内复杂流动现象的有限元模拟

本文建立了用于计算立式钟罩CVD反应器内对流扩散现象的流体动力学和热输运方程,并用Galerkin有限元法做了计算(计算过程中考虑了热浮力对流动的影响)。计算结果表明,在热基座上方存在着涡旋运动,彻底消除这种运动比较困难,但适当地增加入流速度可使涡旋区远离基座表面,从而可消弱涡旋运动对薄膜生长均匀性的影响。     

微型喷管内气体流动的流量壅塞现象

基于MEMS微加工工艺,在硅片上加工出带有内部测压孔的微型喷管,其喉部宽度为20μm,深度为240μm,扩张比为1.7,采用实验研究和数值计算相结合的手段研究了微型喷管内气体的流动特性. 研究结果表明:保持进口压力不变,不断降低背压,当喉部马赫数达到0.8时,内部流动出现了质量流量壅塞现象. 此时对应的壅塞临界压比为0.650;同时发现,当进出口压差为48kPa和66kPa时,喉部下游扩张段出现了局部超声速环. 这些异于常规喷管流动特性的现象主要归因于微型喷管内较大的粘性耗散.     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

喷嘴数和温比对旋流冷却流动和传热特性的影响

针对喷嘴数和温比对叶片前缘旋流冷却特性影响的问题,根据实际燃气轮机前缘结构进一步完善了旋流冷却模型,建立了含有进气腔室的旋流腔结构,采用数值模拟方法分析了喷嘴数和温比对旋流冷却特性的影响。研究时保持进口雷诺数和靶面温度不变,仅改变喷嘴数和温比。研究结果表明:进气腔室的引入使得喷嘴冷气沿流动方向逐渐增加。随着喷嘴数增加,喷嘴冷气流速降低,压力系数增加,流阻系数减小,换热强度降低但均匀性提高,综合换热因子增大。随着温比增加,喷嘴冷气流速增加,流阻系数减小,靶面热流密度降低,换热强度提高,综合换热因子增大。对于含有进气腔的叶片前缘冷却结构,推荐选取喷嘴数为6,温比范围为0.6~0.7。     

激光散射测量系统和激波管装置用于水蒸汽自发成核凝结过程的…

在激波管装置上，采用激散射测量系统探测水蒸汽的自发成核凝结过程，测量不同水蒸汽分压和膨胀率下的膨胀压力及相应的散射光功率随时间变化的曲线。这些曲线标志着水蒸汽相变过程中成核率和凝结量的相对变化量。据此，分析膨胀率和蒸汽分压对成核时间和液滴生长率的影响。     

激光散射测量系统和激波管装置用于水蒸汽自发成核凝结过程的实验分析

在激波管装置上，采用激光散射测量系统探测水蒸汽的自发成核凝结过程，测量不同水蒸汽分压和膨胀率下的膨胀压力及相应的散射光功率随时间变化的曲线，这些曲线标志着水蒸汽相变过程中成核率和凝结量的相对变化量，据此，分析膨胀率和蒸汽分压对成核时间和液滴生长率的影响。     

螺旋管内单相流动周向非均匀传热现象的数值模拟

采用Reynolds应力模型针对螺旋管内的单相流动周向非均匀传热现象开展数值模拟研究.基于与螺旋管传热实验数据的对比,验证该数值计算的正确性.研究发现:螺旋管周向传热分布随着重力加速度与离心力加速度之比(?)的变化而变化.导致这种现象的原因可能是螺旋管周向传热分布受离心力和重力的共同作用,?的变化引起了合力方向的变化,进而影响了螺旋管的周向传热分布;?是影响螺旋管单相流动周向传热分布的主要因素;分析总结管壁周向温度分布随加速度比、螺旋直径、螺旋升角、螺旋管水力学直径等参数的变化规律及其成因.