侧面进风逆流式露点蒸发冷却器性能的数值研究

为了探究侧面进风逆流式露点蒸发冷却器的结构参数对其性能的影响,建立了描述冷却器内热湿传递过程的二维数值模型,对不同入口长度、通道宽度、通道长度以及不同通道长度与入口长度之比条件下,冷却器的出口温度、湿球效率和露点效率进行了分析比较。结果表明:随着入口长度的增加,冷却器的冷却效率先增加后降低;当入口长度小于0.15 m时,冷却器出口温度随通道宽度的增大而升高;当入口长度大于0.15 m时,出口温度随通道宽度的增大先降低后升高;增加通道长度以及通道长度与入口长度之比可提高冷却效率,通道长度与入口长度之比建议控制在3到5之间。研究结果可为优化侧面进风逆流露点蒸发冷却器的结构参数,提高冷却器的冷却效率提供理论指导。     

微肋阵通道沸腾起始点实验研究

以去离子水为工质,在质量流速G=292.8~412.2 kg/(m²·s),入口温度T_in=50.6~81.5 °C,热流密度q"=10.1~87.1 W/cm²的条件下,对圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道内沸腾起始点特性进行了实验研究。对微肋阵通道内单相对流传热和两相沸腾传热过程的分析结果表明,壁温和压降曲线的变化趋势均可作为沸腾起始点的判定依据。通过分析各实验参数对沸腾起始点热流密度的影响趋势,发现微肋阵通道内沸腾起始点热流密度随质量流速的增大而增大,但是随着入口温度的增大而减小;在相同工况条件下,圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道沸腾起始点热流密度依次减小。     

密度波不稳定性的理论分析研究

在两相流动系统中都有可能发生流动不稳定性,进而会导致机械振动和系统部件故障,影响了系统的安全。因此,了解流动不稳定性对于任何两相系统的设计、控制和性能预测都具有重要的意义。该文采用均相流模型线性频率模型开发了一套分析并联通道流动不稳定性的数值模型,并采用国外相关实验结果进行对比,通过此数值模型来分析参数对系统不稳定性的影响规律。该文研究的参数包括通道长度、进出口节流限制、入口速度。模型比对结果表明,建立的模型与国内外数据结果符合较好;参数研究结果表明,当增加通道长度、通道长度会使系统趋于不稳定,而增加入口节流限制、入口速度会使系统更加稳定。     

恒壁温下矩形微通道层流热入口段的换热特性研究

热入口段对于微通道的换热有重要影响,而雷诺数Re对层流入口段的换热影响经常被忽略.据此,采用Fluent软件计算了恒壁温热边界条件下矩形微通道的换热性能,分析比较了不同Re数和不同宽高比对努谢尔数Nu的影响.结果表明:在入口区域,Re数对局部Nu数的影响不能忽略,当Re数小于125时,局部Nu数变化尤为明显;在充分发展后,Re数对Nu数的影响消失;矩形通道宽高比对局部Nu数的影响沿流动方向逐渐增大,在充分发展时达到最大值.此外计算了各工况下矩形通道的无量纲热入口段长度,发现在宽高比为3附近时,无量纲热入口段长度出现了最大值,该结果对微通道散热器优化设计具有一定的指导意义.     

气象因素对季冻区超长铁路隧道温度场的影响

寒区隧道温度场研究是揭示隧道冻害机理、优化隧道服役性能的基础。当前多关注工程地质条件对隧道温度场的影响,而气象因素对季冻区隧道温度场影响的相关研究较为少见。本文依托某季冻区隧道工程,引入统计分析方法基于工程区近41年气象数据总结了典型气象条件参数,设置3种不利风向组合,利用三维有限元模拟分析了典型气象条件下不同风向组合的隧道温度场。以隧道出入口负温区长度及温差为评价指标,通过正交试验方法分析了气象因素对隧道温度场影响的敏感性。结果表明：研究区风温服从正态分布,风速及持续时间服从对数正态分布;典型气象条件下隧道入口负温长度约2680m,出口约240m,隧道入口为抗冻设防重点区域;隧道入口温差约7.2℃,出口温差约4.5℃,隧道入口温差大于隧道出口;隧道入口温度场主要受风温、风速影响,出口温度场受风温影响最大;隧道出入口负温长度及温差均随风温的降低逐渐增大,主导风向风速增加入口负温长度增大但温差逐渐减小。     

收缩式角孔通道对板式换热器流动均匀性的影响

针对传统板式换热器流道之间流量分配不均的问题,提出新型收缩式角孔通道结构。按照收缩式角孔所处位置的不同,建立入口设置、出口设置、入口和出口同时设置收缩式角孔通道的板式换热器物理模型;通过全三维数值模拟,以水为流动介质,研究具有收缩式角孔通道结构的板式换热器流量分布特性和流动均匀性;利用相对标准差对板式换热器整体流动均匀性进行评价。结果表明:传统板式换热器入口角孔通道末端存在涡流区,通过入口设置收缩式角孔通道结构有效避免了涡流区的产生,使得流场分布均匀;与传统板式换热器相比,入口设置收缩式角孔通道的板式换热器相对标准差减小16.7%～28.7%,并且随流量变化稳定。     

载细胞水凝胶体系中微通道结构对营养物输送能力的影响

为了优化载细胞水凝胶中微通道的结构设计,通过数值模拟,系统地研究了孔隙率、微通道数目及排布方式等参数对营养物输送能力的影响.研究结果表明:在给定微通道数目下,微通道尺寸和间距均存在最优值,与此相对应的营养物输送能力最佳;当孔隙率或微通道数目较大时,微通道排布方式对营养物的输送能力无明显影响.通过参数优化,可以更好地提高微通道的营养物输送能力,尤其是保证远离微通道表面的细胞得到充足的营养物供应,为组织工程化组织中微通道结构的优化设计提供指导.     

三角形微通道中环状冷凝过程的数值模拟

建立了三角形微通道中环状冷凝的一维稳态模型,给出了等边三角形微通道中环状冷凝过程的液相毛细半径沿轴向的变化曲线.计算发现,在等边三角形微通道中,气液界面毛细半径先沿程急剧增加,然后趋向平缓,最后再急剧上升,且毛细半径的平缓段占据了绝大部分冷凝段总长度.在接触角和通道热流密度较小或者通道水力直径和入口蒸气压力较大时,冷凝段长度较长.在冷凝过程中,流速和液相压力沿程变化剧烈.该模型较好地解释了三角形微通道环状冷凝机理,并能用于估算冷凝过程的部分参数,为进一步推导更完善的微通道冷凝模型奠定了基础.     

微通道铣削加工工艺的实验研究

为了实现微通道的高效加工,提出利用微细铣刀对铝合金薄板进行微通道阵列结构加工,并通过改变加工工艺参数的方法,系统研究了铣削加工参数(背吃刀量、进给速度和主轴转速)对微通道的几何尺寸的影响规律。研究结果表明:选用直径为0.4mm铣刀的条件下,加工出微通道的宽度随着背吃刀量和进给速度的增大而逐渐增大,且背吃刀量的影响较为明显。在6 000~21 000r/min的主轴转速范围内,随着主轴转速的增加,微通道的宽度尺寸变化不大。因此,通过选择优化的切削加工工艺参数,可以实现微通道阵列结构的加工。     

T型微通道内气泡生成大小影响因素研究

采用流体体积函数（VOF）方法,对T型微通道中气泡形成过程进行数值模拟研究,根据气泡形成机理,分析了气液流速、流体性质和微通道尺寸等因素对生成气泡大小的影响。研究结果表明,T型微通道内生成气泡长度随气体份额的增加呈指数增加趋势,而在相同气体份额下气液流速对气泡长度影响不大;比较而言,液体粘度和表面张力对生成气泡大小的影响较小,当液相表面张力从0.072 N·m-1降低到0.01 N·m-1时,T型微通道内生成气泡的长度减小了18%,主要是因为在阻塞阶段,最大颈部宽度和塌陷时间减小了;气泡长度随微通道直径的增加而增大,而气泡的无量纲长度基本不受微通道直径的影响。     

微通道阻尼特征的神经网络建模与训练

为了提取微通道的结构特征参数与阻尼系数的映射关系,采用三层前馈神经网络建立了微通道阻尼特征模型。同时,为了提高模型训练的效率,提出了PSE-BP算法。以等截面的矩形截面直线形微通道为例,利用数值仿真产生训练样本,对模型进行了训练,对训练结果进行了实验验证。相比BP算法,PSE-BP算法的训练效率提高了20倍以上,训练与仿真结果吻合较好。PSE-BP算法训练的理论计算与实验结果的平均偏差为5.2%,BP算法训练的理论计算与实验结果的平均偏差为5.8%,理论与实验曲线吻合较好。     

二维微细管道胶粒结晶的自修复特性研究

自修复是自然界普遍存在的现象.本文从几何约束的角度用计算机模拟了矩形和等腰梯形微细管道中的胶粒结晶,并重点对胶粒结晶的自修复特性进行了研究,得到了许多有意义的结果.模拟发现,当引入一个半径与众不同的大胶粒时,将引起结晶的混乱,而这种混乱在一定条件下可以自修复.本文较全面地研究了大胶粒半径、微管宽度与胶粒半径之比、梯形底角对胶粒结晶自修复的影响,得到了在矩形和等腰梯形微细管道中能够产生自修复的阈值条件.     

多元微通道平行流冷凝器理论模型与实验研究

针对多元微通道平行流冷凝器,运用分布参数法建立稳态理论模型.根据变工况实验拟合空气侧摩擦因子计算公式.分析了迎面风速、进风温度及制冷剂流量对冷凝器换热性能和压降的影响.结果表明,模型计算结果与实验数据变化趋势一致,最大误差为9.759%.证明了模型的正确性及有效性,可为多元微通道平行流换热器的结构优化及性能分析提供参考.     

Cu/ZnO/CeO2/Al2O3四元涂层催化剂甲醇水蒸气重整本征动力学

为建立微槽道反应器上Cu/ZnO/CeO2/A l2O3四元涂层催化剂的本征动力学模型,在微环状反应器中对甲醇水蒸气重整反应进行了研究。结果表明:该反应可以利用甲醇水蒸气转化反应和甲醇分解反应作为独立反应平行进行的模型表示。经过数学变换,利用线性最小二乘法确定了模型参数,并进行了F统计检验,验证了其合理性。所获的动力学模型可为甲醇水蒸气重整微槽道反应器的数学模拟和优化奠定重要基础。     

T型微小通道内两相流分流与分离调控研究进展

T型通道内的两相流流动和传递过程广泛存在于石油化工、生物制药、电子冷却等各个领域,而伴随社会进一步微型化、精细化的需求,微小尺度下T型通道内的流动过程及界面受力分析研究的重要性逐渐凸显。尺度的减小使得流动过程中主导作用力由重力等体积力转变为毛细力等表面力,界面运动及相作用机理也随之发生变化;同时,在微尺度下,等径与非等径T型微通道使得两相流流动呈现相分流和相分离两种具有本质区别的流动规律。目前,等径微通道中相分流的研究多以实验为主,探索各种因素对两相分流特性的影响,诸如入口流型、表观速度、表面张力等;而真正针对非等径微通道内实现相分离的研究较少,且仅限于关注实现两相完全分离的条件及分离性能。鉴于微尺度尤其是非等径跨尺度T型微通道内相分离界面运动复杂、界面受力难于测量等原因,直至如今,相分离过程中的界面受力分析、分离机理以及相分布的主动调控仍是阻挡多孔结构在多相工质中高效利用的关键科学问题;急需实验与数值相耦合的机理研究,最终实现简单多孔结构在实际多相流场合中的广泛应用。     

微装药空腔能量传递的数值模拟与试验研究

为研究微通道装药(微装药)空腔能量传递的影响因素,采用数值模拟和实验测试方法得到了空腔衰减压力.用AUTODYN软件的点火增长模型描述微装药的非理想爆轰过程,计算了不同装药尺寸、空腔厚度和约束材料的输出压力,并与锰铜压阻计的测试结果进行对比.结果表明,数值计算与试验值的偏差在10%以内,说明数值模拟方法可用于微通道空腔压力衰减研究.微装药直径越大或空腔厚度越小,压力越大,45#钢比有机玻璃约束更有利于空腔能量的传递.     

T型微通道内气液两相流数值模拟

采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.     

CO2微通道气冷器的流场分解模拟及实验验证

为了研究CO₂流量分配不均匀度对气冷器流动特性和传热特性的影响,建立了跨临界CO₂制冷系统的微通道气冷器分解模型. 实验结果表明：随着CO₂制冷剂质量流量由110 kg/h增大到470 kg/h,扁平管内最大流量不均匀度由97% 降低到18%,流量是影响不均匀度的重要因素;流量分配不均度对CO2微通道气冷器的流动特性影响明显,而对传热特性影响较小. 比较了不同工况下相应的模拟结果与实验数据,平均换热系数误差为4.82%~38.25%,摩擦系数误差为6.09%~26.65%.     

超薄微通道水冷铜镜的结构优化设计

采用ANSYS有限元软件对强激光作用下的超薄微通道水冷铜镜的温度场分布和热变形进行了系统模拟,研究了超薄微通道水冷铜镜的结构对镜面变形峰谷值的影响.结果表明:采用水冷可以大大降低镜面变形的峰谷值;水冷铜镜的结构对镜面变形峰谷值有很大的影响.镜面厚度、水槽尺寸以及水冷区域的大小都是重要的影响因素,其中以水冷区域的大小影响尤甚.与当今广泛使用的水冷镜不同,本研究表明水冷区域并不是越大越好,而是有一个最佳值.     

SLM显微立体视觉中的双重折射校正算法

为解决微流控芯片检测中由于盖片的双重折射效应导致的聚焦误差、色差和视场误差等问题,从折射基本定理出发,结合光学体视显微镜(SLM)的双光路结构,建立了SLM显微立体视觉双重折射变折射率校正算法,实现了对透明封闭容腔的非接触无损三维精确测量.在微沟道测量实验中,深度方向的测量误差由7.1 μm减小到1.5μm,相对误差由18.68%减小到3.95%.SLM显微立体视觉三维测量系统与表面轮廓仪、激光共焦扫描显微镜的横向对比测量实验,证明了SLM显微立体视觉双重折射变折射率校正的必要性和有效性.