机械泵两相冷却系统过热现象的实验研究

机械泵驱动两相冷却系统是一种以机械泵为驱动力的封闭式相变传热设备。在对该系统进行研究过程中发现,当启动蒸发器热负荷时,在蒸发段出口将产生明显的过热现象,并且有较大的压力脉。通过对大量实验对与过热度有关的启动温度、流量和启动热负荷进行比较分析,得出启动温度越低,产生的过热度越大的结论:启动温度越低,启动需要的过热度相对要大;其次,热流密度越大,过热时间维持的越短;最后,从过热状态到两相状态的闪蒸过程将系统的阻力发生较大变化,流量越大压力脉冲越高。     

过热度和高压压力对跨临界CO2汽车空调系统的影响

为对跨临界CO2空调系统进行优化设计,考虑压缩机绝热效率随压比的变化,分析了过热度、气体冷却器出口温度以及高压压力等对系统性能系数(COP)的影响,并与不考虑压缩机绝热效率随压比变化的情况进行了对比.结果表明系统存在最佳高压和最佳过热度;最佳过热度随着气体冷却器出口温度的提高而增大;气体冷却器和压缩机效率是影响系统性能的主要因素;在较大高压压力下,与气体冷却器和压缩机效率相比,过热度的影响可以忽略不计.     

过热度和高压压力对跨临界CO2汽车空调系统的影响

为对跨临界CO2空调系统进行优化设计,考虑压缩机绝热效率随压比的变化,分析了过热度、气体冷却器出口温度以及高压压力等对系统性能系数(COP)的影响,并与不考虑压缩机绝热效率随压比变化的情况进行了对比。结果表明:系统存在最佳高压和最佳过热度;最佳过热度随着气体冷却器出口温度的提高而增大;气体冷却器和压缩机效率是影响系统性能的主要因素;在较大高压压力下,与气体冷却器和压缩机效率相比,过热度的影响可以忽略不计。     

低温流体微重力池沸腾气泡脱落特性研究

研究微重力下的气泡动力学行为及其脱落特性是揭示微重力下流体沸腾换热机理的基础,而气泡处于空间复合弱力环境下,表现出不同于常规的特殊现象。以微重力下平板加热面上氢沸腾气泡为对象,展开了受力分析,考虑到Marangoni效应的影响,构建了受力平衡模型,进一步计算并分析了不同重力、压力、流体过冷度、壁面过热度下的气泡脱落直径。研究结果表明,当重力降低至某一临界值后,沸腾气泡存在3个不同尺度的脱落直径,且重力水平越低,气泡最大脱落尺寸越大,直径最大可达几十厘米。在常重力下,沸腾气泡仅存在0.01~0.1mm量级的脱落直径,压力对常重力与微重力下气泡脱落直径的影响差异显著,随着压力的升高,常重力气泡脱落直径不断减小,而微重力下最大气泡脱落直径有所增大;在微重力下,流体温度越低则过冷度越大,因此气泡最大脱落直径也越大,液氢过冷度每提高1K,最大气泡脱落直径增大约10%。当重力一定时,存在临界壁面过热度,且只有当壁面过热度超过该临界值时,沸腾气泡才会存在3个脱落直径。当压力越高、流体温度越低时,该临界过热度越小。     

汽液通道结构对超薄热管性能的影响分析

随着微电子技术和大数据产业的飞速发展,电子元器件的高性能化、微型化、高集成化已成为当下电子设备发展的主流趋势．电子芯片的高功率及小尺寸导致热流密度大幅增加,散热问题越发严峻．超薄热管是解决当前电子设备在狭小空间内高热流密度散热问题的理想方案,蒸汽通道与液体通道(吸液芯)的匹配对提升超薄热管传热性能有重要影响．根据复合丝网型超薄热管的几何结构建立三维对称数值模型,基于前期团队工作的实验结果验证了模型的准确性,对不同吸液芯高度的热管进行了数值模拟,重点分析了稳态工况下汽液通道比对超薄热管内汽液流动特性以及传热性能的影响．结果表明：在吸液芯高度一定时,汽液通道比越大,蒸汽最大速度以及压降均减小,且当汽液通道比在低于80%时变化更剧烈．此外,随着汽液通道比的增大,热管整体温度和热阻均呈现出先减小再增大的趋势．因此在不同的吸液芯高度下,均对应着一个最佳通道比使得热阻最小．当吸液芯高度分别为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm和0.6 mm时,最佳通道比分别为135%、93%、71%和63%,热阻分别为0.68 K/W、0.47 K/W、0.36 K/W以及0.30 K/W,热阻相比于最大热阻...     

多元热流体在井筒中的流动与传热规律

建立高温烟气与水的热交换模型以及多元热流体在井筒内流动传热的温度场、压力场计算模型,计算含过热蒸汽和两相流状态的多元热流体在不同井深时的温度、压力以及其他参数。结果表明:随着井筒深度的增加,多元热流体的温度、压力均有所降低,并在某一深度多元热流体中水蒸气开始凝结,进入两相流状态,与纯蒸汽注入相比,其热损失量小,干度下降慢,在井底干度较大;井口注入温度越高、压力越小、流量越大,多元热流体的压降、温降幅度越大,热损失量越小;随着注入温度的降低,环空介质导热系数和注汽流量的增大,多元热流体干度的变化越早或过热度降幅越大,而注入压力对干度的影响有一个最优点,此时蒸汽在井底干度最大。     

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。     

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。     

空间核反应堆电源闭式Brayton循环热力学分析

空间核反应堆电源闭式Brayton循环一般采用氦-氙混合气体作为循环工质和反应堆冷却剂,设计者为选择合适的循环工质,需研究氦-氙混合气体配比成分变化对循环效率的影响。该文建立空间核反应堆电源闭式Brayton循环热力学模型,采用Fortran 95编程对其进行热力学分析,从绝热系数、回热器回热度、相对压损系数的变化分析了氦-氙混合气体摩尔质量变化对循环效率的影响。结果表明:绝热系数对循环效率的影响较小;回热器回热度越大,循环效率越高;相对压损系数越大,循环效率越低。由于氦-氙混合气体摩尔质量的增加,会降低空间Brayton循环压气机和透平级数,因此选择使回热器回热度达到最大时的配比成分He-8.6%Xe作为循环工质,在给定循环冷/热端温度为403K/1 300K的条件下,可以获得29.18%的循环效率。     

组合式吸液芯内液态金属钠流动特性的数值模拟

为进一步了解高温热管工作时工质钠的流动和分布情况,用有限容积法和D a r c y理论数值模拟二级学院组合式吸液芯内液态金属钠的流动特性,根据模拟结果对液态金属钠流经组合式吸液芯的压力降、分布均匀程度、湍流动能和湍流耗散率进行分析。研究结果表明,随着液态金属钠的进口流速增大和组合式吸液芯中金属纤维毡厚度增大,液态金属钠在组合式吸液芯内的速度分布越不均匀;随着组合式吸液芯中金属纤维毡厚度减小,液态金属钠在其中的湍流动能和湍流耗散率越大;液态金属钠通过组合式吸液芯的压降随着进口流速的增大而增大,且进口流速相同时,液态金属钠经过金属纤维毡厚度越大的组合式吸液芯的压降越大。压降的数值模拟值与实验值的最大相对误差约为6.8%,说明本文数值模型的正确性。     

环境温度对转炉顶吹氧枪射流特性的影响

联合标准的k-ω湍流模型和雷诺平均的N-S方程,建立了转炉多喷孔氧枪超音速射流可压缩、非等温过程的三维CFD模型,模型的有效性通过实验进行了验证.考察了温度对气体分子黏度的影响,研究了不同温度场下射流动力学特性.结果表明:环境温度对射流速度、密度及温度分布有较大影响,环境温度越高,射流密度越小,速度衰减越慢,速度越大,并且射流径向扩张越厉害;温度越低,射流越易于聚并.随着射流的轴向流动,温度场对射流动压的影响逐渐减小,即射流对熔池的冲击力受环境温度影响减弱,但冲击面积随温度的提高而增大.     

基于k-ε模型的剪切流中湍流动能衰减规律研究

分别从理论推导和数值模拟的角度,分析了剪切流中湍流动能的衰减规律.通过简化湍流变量输运方程,采用Matlab求解了使用标准k-ε模型计算剪切流时湍动能在不同高度处的数值解,通过fluent数值模拟,验证了理论数值解,并与均匀流中的数值模拟结果进行对比,分析了在剪切流中入口湍流强度和湍流黏性比、来流速度梯度和输运方程扩散项等对湍流变量衰减的影响规律.结果表明:剪切流中存在湍流动能衰减;入口湍流强度对湍流变量输运方程生成项的影响较大,湍流黏性比对湍流变量输运方程生成项的影响较小;当入口湍流强度相同时,入口湍流黏性比越大,湍动能衰减的越快,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越小;当入口湍流黏性比相同时,入口湍流强度越大,湍动能衰减的越慢,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越大.     

Experimental Analysis on Non-thermoequilibrium in a Natural Circulation System

给出自然循环系统中欠热沸腾及闪蒸的分析及实验研究结果。实验在５ＭＷ核供热堆的模拟实验回路上完成。分析采用了四方程一维两相流漂移模型。用Ｃｌａｕｓｉｕｓ－Ｃｌａｐｅｙｒｏｎ方程计算上升段中汽泡闪蒸起始点。进口欠热度及系统压力作为变化参数。为了便于比较，也给出了仅采用饱和沸腾模型的结果。研究表明欠热沸腾及空泡的闪蒸对空泡分布及系统循环流量有很大影响，且系统压力越低，欠热沸腾及闪蒸的影响越大，在很宽的进口欠热度条件下加热段中只发生欠热沸腾。计算结果与实验值吻合得很好。此研究结果对于丰富和发展两相流理论，对自然循环两相流系统，特别是对以自然循环方式运行的低温核供热反应堆有重大意义。     

室内火灾烟气层高度的理论与模拟研究

通过对室内火灾中烟气层质量守恒方程的求解,得出了烟气层稳定高度的数学表达式,分析了影响烟气层下降速度和稳定高度的因素,并运用CFAST区域模型进行了数值模拟。结果表明,室内火灾烟气层下降到一定高度将达到稳定,下降速度和稳定高度与火源大小、房间几何尺寸等因素有关;火源功率越大、房间面积越小、通风口越小,烟气层下降速度越快;房间面积和房间高度越大、通风口越小,烟气层的稳定高度越小,改变火源如果引起烟气净累积量增加则稳定高度减小,反之,稳定高度将增大。     

新型超轻泡沫混凝土的力学性能研究

通过对不同相对密度的材料进行静动态压缩试验,分析影响材料力学性能的因素。同时,讨论了材料破坏模式、吸能原理等问题。结果表明:超轻泡沫混凝土材料的应力平台会随加载速度和相对密度增大而抬高的规律;材料破坏呈脆性材料断裂特征;加载速度越大,吸能效率越高。     

低温火箭“跑长途”

<正>低温火箭,又叫"冰箭",采用无毒、无污染的液氢、液氧等低温化学推进剂,性能极佳。不过,目前国内外的低温火箭在轨时间大多只有几十分钟到几小时。这是因为低温火箭在飞行时会面临严酷的热环境,低温推进剂受热会大量蒸发,这极大地影响燃料供给。另外,火箭在飞行时每隔一段时间要向外排气,维持贮箱压力不超限。但在太空微重力环境中,气     

聚酰亚胺长丝二维编织工艺与性能

为制备轻质、高强、低延伸率的空间应用张力编织绳,探明二维编织工艺对编织绳性能的影响机制,通过拉伸及耐磨损性能试验对3种不同线密度的聚酰亚胺(polyimide, PI)长丝进行可编织性能分析,同时在C12型高速编织机上制备13种PI编织绳,对编织工艺参数及拉伸性能进行测试与分析并建立回归方程。试验结果表明：PI长丝线密度越大,其刚度越大且越不易弯曲,其中线密度为111.1 tex的PI长丝的耐磨性能最好;随着编织节距的增加,编织绳直径和编织角逐渐减小,断裂强力增加而断裂伸长率减小,当编织节距增大到一定值时,断裂强力和断裂伸长率趋于一定值,回归方程的拟合程度均超过90%。综合所有直径为0.9～1.1 mm的编织绳,当PI长丝线密度为111.1 tex和编织节距为5 mm时,编织绳强力为1 226 N和断裂伸长率为5.73%,该编织绳结构紧密且力学性能最优。     

外部时变热流对液化气体储罐的热响应规律

火灾高温环境极易诱发临近液化气体储罐发生沸腾液体膨胀蒸气爆炸(BLEVE)事故。为研究火焰热辐射作用对液化气储罐及内部介质的热作用规律,本文建立以辐射加热源模拟外部火焰作用,过热水为介质的小型储罐BLEVE实验模拟装置。实验结果表明:储罐接收外部热作用时间越长,其泄爆产生的压力反弹越剧烈;外部热作用强度的增大,提升了储罐内部压力响应速率;储罐气相空间的加热作用可以提高内部温度分层度,气相加热面积越大,分层程度越大,从而泄爆后的压力反弹越低。     

滇池富藻水静置分离特性影响因素的初步研究

本文研究了滇池富藻水静置分离效果,初步探明了水样深度、体积、温度、光照等因素对其静置分离速度的影响.研究发现,在体积相同时,水样高度对最大清水比例指标没有影响.不同高度的水样藻、水分离程度(即清水比例)均随静置时间的延长有逐渐增加的趋势.在水样高度相同时,水样体积大小的差异对藻、水分离速度的影响总体较小,具体影响大小与体积差异大小有关,体积差异越大,影响越大,但主要影响发生在静置后30~40 min内.水温对水样藻、水分离速度具有显著影响,水温越高,藻、水分离速度越快.温差越大,藻、水分离速度差异越大.水样中藻密度大小对静置藻、水分离速度具有明显影响.密度越低,藻、水分离速度越快,最终完成分离的时间越短.太阳光照对静置条件下的藻、水分离速度有明显的影响.     

基于集料力学指标的沥青路面抗滑性能衰减模型

为了研究沥青路面抗滑表层抗滑性能衰减规律与粗集料力学指标之间的定量关系,利用小型四轮加速加载试验设备对3个级配、4种粗集料共12组沥青混合料的摩擦系数随着加载次数的衰减规律进行了试验。研究结果表明,沥青混合料级配主要影响沥青路面摩擦系数初始值,而对其摩擦系数的衰减规律(衰减幅度、衰减速率、衰减终值等)影响不显著;沥青混合料所用粗集料的力学指标(磨耗值、压碎值、磨光值)对沥青路面抗滑性能的衰减规律影响显著:压碎值、磨耗值越小,磨光值越大,其对应的沥青混合料摩擦系数的衰减速率越小,衰减幅度越小,衰减终值越小,反之亦然。最后建立了摩擦系数衰减规律与集料力学指标之间的定量关系模型。