不同接触角微肋阵内的对流换热及能效特性

在椭圆形微肋阵表面固化含有微纳米粒子的疏水性涂层获得具有不同接触角的疏水性微肋阵,测试不同雷诺数Re下实验段内的压降?流动阻力系数f及努塞尔数Nu,并分析了接触角变化对微肋阵热沉内流阻和换热的综合影响及其能效特性?研究结果表明,疏水性涂层具有显著的减阻效果,压降和流动阻力系数随接触角增大而减小;但疏水性微肋阵内的Nu也降低,且3种疏水性微肋阵内Nu之间的偏差随功率的增加而增大;尽管表面疏水性降低了微肋阵内Nu,接触角为151.5°超疏水微肋阵仍具有较好的能效特性,与无疏水性涂层的微肋阵相比,相同对流换热量时其所需泵功可减少200%以上?     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究.研究发现,在层流区随着雷诺数(Re)的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大.对于相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两种微槽转捩Re均在1 685～1 760之间,与传统理论相比,转捩并未提前.但相对粗糙度为3.15%的微槽的转捩Re数为1 500,与传统理论相比,转捩已提前.层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小(k/D_h<3%)的两个微槽的摩擦阻力系数在Re<1 600的层流区域基本相同。但在Re=200～2 800的测量范围内,相对粗糙度大于3%的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3%的微槽的要大.过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30%～40%.工质极性对摩擦阻力的影响很小.     

二氧化硅／有机蒙脱土复合超疏水涂层的制备及其性能研究

将全氟辛基三乙氧基硅烷（FAs）改性的二氧化硅颗粒与有机蒙脱土（OMMT）混合制成溶胶,采用浸渍提拉法制备具备超疏水性能的复合涂层,研究了二氧化硅／OMMT不同配比对涂层疏水性能的影响。结果表明,复合涂层的静态接触角随二氧化硅／OMMT质量比的增加而增大,滚动角随二氧化硅／OMMT质量比的增加而减小。通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层表面微观结构,发现超疏水涂层表面具有微纳米复合结构,结合FAS改性二氧化硅的低表面能,赋予了复合涂层优良的超疏水性能。     

超疏水表面形貌对层流减阻的数值模拟

为了研究超疏水表面形貌结构对其流动减阻的影响,设计了4种不同形貌的表面结构.针对超疏水表面的流动特点,建立微通道气-液两相流动的VOF(Volume of Fluid)模型,对超疏水表面在层流状态下的表面形貌结构对流动减阻的影响规律进行了研究.结果表明,超疏水表面的减阻效果随微凸起间距的增大而明显增大,而与微凸起高度的变化关系不大,且三角形和圆顶矩形微凸起结构表面比圆形和平顶矩形微凸起结构表面具有更好的减阻效果.     

矩形微细通道内流场的可视化实验研究

以蒸馏水为工质,水溶伊红为着色剂,对水力直径为419.2μm,相对粗糙度为3.86%的矩形不锈钢微槽内流动流态进行了可视化实验研究.经光学显微镜放大后由CCD相机拍摄,得到了不同Re数下矩形微槽内的流型图,同时测量了微槽内的摩擦阻力系数.可视化实验表明随Re数增大,出口段、中间段及入口段依次出现层流向湍流过渡,层流向湍流过渡是渐进的、连续的.摩擦阻力实验表明无论层流区还是过渡区,摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,由于转捩提前层流区摩擦阻力系数随Re数增大,与传统理论预测值偏差越大.可视化实验与摩擦阻力实验均表明层流向湍流过渡的临界Re数在1 500左右.     

疏水纳米SiO2对微管道流动特性的影响

通过微管道流动试验,探讨疏水纳米SiO2的降压增注机理.在微尺度流动中,由于表面积/体积非常大,液固界面性质对流动有很大影响.在不同管壁界面条件下,用超纯水在内径约为25μm的毛细管内进行流动特性试验.结果表明:相同压力下,经过油基疏水纳米SiO2试剂处理后,水在微管中的流量有了较明显地提高;疏水纳米SiO2吸附能够使微管管壁具有超疏水性,从而产生水流滑移效应,达到减阻增流效果.     

19．6μm内径的微石英管内部流动与传热的实验研究

采用实验方法研究了去离子超纯水流过内径为19．6μm的微管过程中的流动与换热特性。通过测量蒸汽加热的微管进出口的压降以及温度,得到了微管内去离子水流动的摩擦系数和Nu数,并对结果进行了分析。研究结果表明,在粘性耗散效应以及双电层效应的综合影响下微管内的摩擦系数要高于Hagen—Poiseulle理论值;而由于受流体热物性变化以及共轭传热的影响,当Re数小于400时实验测得的Nu数要低于经典层流管流的理论值。     

微圆管中流体的微观流动机制

 针对低渗透油藏储层孔隙喉道小的特点,采用管径为20、15、10、5 μm 的微圆管,以去离子水和煤油为流动介质,研究微圆管中流体的微观流动规律,分析去离子水和煤油的实验流速、有效边界层厚度与压力梯度的关系,考察壁面润湿性和流体黏度对微流动规律的影响。研究表明,微管中流体流速与压力梯度基本成线性关系,随着微管管径的减小,流体流动的非线性程度增强,且驱动压力越大,微管有效边界层厚度越小,参与流动的流体更多,有效流体边界层厚度占微管管径的比例也随之降低;微管壁面由亲水性变为疏水性后,流体流速均高于改性前,微管管径越大,作用效果越显著;改变流体黏度时,出现明显的启动压力梯度特征,实验流体黏度从2.40 mPa·s 增至10.20 mPa·s 时,对应的启动压力梯度由1.26 MPa/m 增加到6.83 MPa/m。     

凹凸管传热与流阻性能的数值模拟

利用Fluent数值模拟软件，对凹凸管进行了流动和传热的三维数值模拟，得到了管内的流动速度分布及温度分布，并将模拟结果与光滑管的结果进行了对比．结果表明，在相同的流动速度下，凹凸管的阻力系数及传热膜系数都大于光滑管，且阻力系数之比随雷诺数的增大而增大，而传热膜系数之比随雷诺数的增大而减小．在本数值模拟范围内，雷诺数由2757．76增大到13788．79时，阻力系数之比由5．5308增大到8．3663，传热膜系数之比则由2．289减小到1．585．综合评价结果表明，凹凸管的综合性能在低速时能得到明显改善，说明凹凸管特别适合低速流时的强化传热。     

低渗透储层中氮气的微尺度流动及其对渗流的影响

从气体在低渗透储层微米量级孔喉中的微尺度流动规律研究入手,探讨低渗透储层中气体的非线性渗流机理.实验研究了气体(N2)在内径为2.05～10.10μm微管中的流动规律.结果表明:气体在微管中的流动具有明显的微尺度效应,表现为实测流量大于经典流体力学理论预测流量;管径越小,流动压力越小,微尺度流动效应越强,实测流量与预测流量的偏离越显著.根据微管实验数据,结合毛管束模型,研究了气体微尺度流动效应对渗流的影响.结果表明:考虑孔喉中气体的微尺度流动效应后,低渗透多孔介质中气体的渗流具有非线性特征,表现为视渗透率随流动压力的减小而增加;多孔介质平均孔喉直径越小,视渗透率随压力的变化越明显.     

边界层流体对低渗透油藏渗流特性的影响

以去离子水在半径为2.5μm和1.0μm微圆管中流动的实验结果为基础,拟合得到去离子水在微圆管中的有效流动半径公式和基于边界层流体的不同半径毛管束视渗透率公式,并比较了视渗透率与理论渗透率之间的关系.研究结果表明:随着管径尺寸的减小,边界层流体对渗流特性的影响变大;边界层流体厚度是压力梯度的函数,并随压力梯度的增加而按指数规律递减;毛管束视渗透率随压力梯度增大而增大,并最终趋近于理论值.边界层流体是导致低渗透油藏非线性渗流特性的主要因素之一.     

Bonding characteristics of the Al2O3-metal composite coating fabricated onto carbon steel by combustion synthesis

The fabrication of an alumina-metal composite coating onto a carbon steel substrate by using a self-propagating high-temperature synthesis technique was demonstrated. The effects of the type and thickness of the pre-coated layer on the binding structure and surface quality of the coating were systematically investigated. The macrostructure, phase composition, and bonding interface between the coating and the substrate were investigated by scanning electronic microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and energy-dispersive X-ray spectrometry (EDS). The diffraction patterns indicated that the coating essentially consisted of α-Al₂O₃, Fe(Cr), and FeO·Al₂O₃. With an increase in the thickness of the pre-coated working layer, the coating became more smooth and compact. The transition layer played an important role in enhancing the binding between the coating and the substrate. When the pre-coated working layer was 10 mm and the pre-coated transition layer was 1 mm, a compact structure and metallurgical bonding with the substrate were obtained. Thermal shock test results indicated that the ceramic coating exhibited good thermal shock resistance when the sample was rapidly quenched from 800°C to room temperature by plunging into water.     

合金元素对SHS伴生金属涂层基本性能的影响

 为探究合金元素对伴生金属涂层基本性能的影响,选用Ф78 mm×8 mm×550 mm的无缝钢管,在管内壁距离管端200~350 mm处提前开设150 mm×10 mm×4 mm的长形槽,采用自蔓延高温合成技术制备添加不同含量合金元素的伴生金属涂层。通过维氏硬度测量、电子显微扫描、酸液浸泡腐蚀试验,分别探究不同合金元素对伴生金属涂层孔隙、裂纹、硬度以及耐蚀性能的影响。结果显示,添加 Nb、Cr 元素后伴生金属层硬度提高,孔隙与裂纹明显减少,金相组织趋于均匀化。伴生金属层的耐蚀性能与Cr、Nb元素添加量成正比,ZrO₂的添加量影响不大。耐蚀性最好的伴生金属涂层腐蚀仅失重0.271 g,失重率为2.71%,失重率仅为纯铁层的21.22%。结果表明,Nb、Cr元素的加入能有效改善伴生金属涂层的基本性能,而Zr元素对涂层性能影响较小。     

微圆管内非共沸混合工质流动沸腾传热强化

分别进行了R32/R134a在水平微圆管、细圆管和小尺寸常规管道内的流动沸腾传热试验.在定义微圆管传热强化系数Ec(相对于细圆管和小尺寸常规管道的传热强化系数分别用Ecm和Ecs表示)的基础上,从不同强化管内流动沸腾传热机理的角度分析了Ecm和Ecs在不同试验工况下的变化规律及其与传热机理的关系.结果表明,试验工况范围内Ecm和Ecs分别在1.01～2.33和1.03～3.54之间变化.绝大部分试验工况下Ecm的值较小且变化很小,Ecs则较大且有明显变化;高热通量和高质量干度下Ecm和Ecs的值都较大.微圆管内流动沸腾传热强化效果与传热机理及其转变区域密切相关,当微圆管内传热开始出现恶化和较高热通量下微圆管内核态沸腾传热占绝对主导地位时,微圆管传热强化效果明显.     

改性环氧树脂超疏水涂层的制备与研究

为简化超疏水涂层的制备过程,提高耐磨性,以端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)、微/纳米二氧化硅分2步改性双酚A型环氧树脂,涂层的固化过程采用紫外光固化技术,然后对涂层的表面性能进行了一系列的测试表征.探究了HTPDMS用量和二氧化硅用量对涂层接触角和其他性能的影响.结果表明,当HTPDMS添加量为环氧树脂质量的80%时,环氧树脂可获得最好的改性效果.当改性环氧树脂与微/纳米二氧化硅的质量比为10∶1.5∶1.5时,采用复配型光引发剂,紫外汞灯照射10 min,即可得到接触角>154°滚动角<1°的超疏水涂层.     

碳纤维加固钢筋混凝土梁防火方法试验研究

采用厚型防火涂料对两根碳纤维加固的钢筋混凝土梁进行了不同方法的防火保护．耐火试验结果表明，采用50mm厚防火涂料全截面保护的碳纤维加固梁的耐火极限超过了2．5h，防火涂层中增设钢丝网片对约束防火涂层、防止开裂和脱落效果明显．     

冷却系统节温器部件的流阻分析及结构改进

某摩托车冷却系统阻力偏大,造成冷却系统漏水现象,经排查初步原因为散热器及节温器管路的总体阻力较大。为研究冷却系统节温器部件的流阻大小,采用CFD分析软件STAR-CCM+对节温器部件流场进行了数值模拟。结果表明节温器全闭状态下小循环流阻为187 kPa,对冷却系统总阻力影响较大。为降低节温器全闭状态下小循环流阻,研究了大节温器、双节温器、小循环连接管路内径对该阻力的影响。结果表明大节温器、双节温器结构可有效降低节温器全闭状态下小循环流阻,但在节温器全开时流经小循环的冷却液流量占比增加较大且成本高。在原节温器状态下,小循环连接管路内径增大,小循环流阻明显降低,而流经小循环的冷却液流量占比增大。结合成本和快速应对冷却系统阻力偏大的问题,建议小循环连接管路选择12.2 mm直角弯管状态,小循环流阻降低34.8%, 流经小循环的冷却液流量占比为36%。研究结果可为阻力评估及结构改进提供仿真数据参考。     

微小槽道散热器流动与换热实验研究

以 0 .4mm× 2 .0mm× 2 0mm的微小矩形槽道蔟为实验段 ,对水和 6 6 %乙二醇水溶液在底部加热的微小槽道散热器中的流动与换热特性进行了实验研究 ,实验的Re数范围为 2～ 2 5 0 0。实验结果表明 :水和乙二醇水溶液工质在微槽散热器中的流动阻力系数随Re数的增大而减小 ;对流换热的Nu数均随着Re数的增大而增加 ;在相同Re数下 ,Pr数大的乙二醇水溶液工质的Nu数大于水的Nu数。在实验基础上 ,获得了相应的流动阻力及换热系数的实验关联式     

射流冲击下矩形柱鳍热沉结构优化

采用实验与数值计算相结合的方法对空气射流冲击下的矩形柱鳍热沉的肋片结构进行优化研究。对不同肋高和肋宽的矩形柱鳍热沉的热阻进行实验研究,并选用标准的kε湍流模型进行数值计算分析。研究结果表明:热阻随喷口雷诺数Re或喷口高径比H/D的增大而减小,但Re或H/D增大到一定程度时,热阻减小的幅度就不再明显;当热沉肋高范围为0.3≤Hf/L≤0.42、肋片宽度为Df/L=0.1时,热沉的散热能力与散热经济性之间能达到较好的平衡。将模拟结果与实验结果进行比较,相对误差在10%以内。