波纹结构液氮脉动热管传热传质特性研究

低温热管换热器是天然气液化系统中的关键装置,液氮脉动热管作为其核心器件具有体积小、换热效率高等特性,可有效克服系统冻堵及设备紧凑等问题,然而开展相应实验难度较大,因此通过数值模拟方法研究其内部传热传质规律具有重要意义。首先,文章通过UDF(User-Defined Functions)编写自适应相变模型,研究了典型液氮脉动热管的传热传质特性。随后,在冷凝段优化设计了波纹结构,结合相态分布与轴线温度方差值,对比分析了充液率为50%情况三种液氮脉动热管传热传质特性,结2果表明5 mm波纹结构热管两侧方差值为51.49 K与99.22 K2,工质循环速率较快且轴线温度分布均匀。最后,研究了充液率分别为30%、50%与70%情况下5 mm波纹结构的脉动热管的传热性能。结合相态、温度及轴线温度分布分析得出充液率过高或过低均会导致热管内部产生液塞,充液率较高时,轴线温度均匀分布,热管充液率为70%时,综合性能最佳。

基于传热传质理论的路面除冰盐融冰过程及影响因素分析

为了解决不同环境下路面除冰盐的科学有效使用问题,降低由于除冰盐的滥用导致路面病害与环境污染,从路面除冰盐融冰传热传质机理出发,建立道路除冰盐融冰过程中的物质平衡方程与热通量平衡方程。采用COMSOL有限元软件建立了路面除冰盐融冰温度场模型,考虑多种因素如相变过程、风速、初始温度和太阳辐射的影响,分析融冰过程中温度场的变化规律。研究结果表明:在融冰过程中,盐溶液温度呈现先快速下降后缓慢回升的规律,在固态除冰盐完全溶解的时间段内(Ⅰ阶段),盐溶液温度迅速下降;除冰盐完全溶解后(Ⅱ阶段),盐溶液温度缓慢回升。外界环境温度的上升使得单位质量除冰盐的融冰体积增加,且外界环境温度相比风速和除冰盐用量对盐溶液最终温度的影响更大。风速越高,固体盐溶解溶解所需时间越短,Ⅰ阶段结束后盐溶液体系的温度也更低,盐溶液温度随之下降得更快。由于风速增大将加快盐溶液层与外部环境的换热,除冰盐融冰Ⅱ阶段升温明显,溶解后盐溶液的平均温度更高。另外,较高的除冰盐初始温度可以促进固态盐的溶解,且温度越高,这种促进作用更加明显。同时,随着反应初始温度的增加,融冰反应的终止温度也随之升高。除此之外,研究发现,太阳辐射对于除冰盐融冰过程的影响在Ⅰ阶段不显著,在Ⅱ阶段具有显著影响。研究结论可为道路冬季路面除冰盐的科学有效使用提供技术支撑与理论参考。

CMT电弧增材制造铝合金传热传质与熔池行为数值模拟

为研究冷金属过渡(cold metal transition,CMT)电弧增材制造铝合金传热传质与熔池流动特性,基于Fluent软件建立了三维CMT电弧增材制造数值模型.模型中,采用动网格技术模拟焊丝竖直方向上的往复运动,利用流体体积法捕获气/液界面,焓-孔隙率法追踪固/液界面,并施加周期热量输入和阶段电弧力作用来等效电弧放电行为,研究分析了焊道成形传热传质过程与熔池动态行为.结果表明,焊道成形初期,熔池余高和坡度较大,形貌犹如半个球体,成形后期热量积累造成焊道余高后方较前方略小,而后端熔宽较前端略宽;单滴过渡周期内,焊丝机械回抽对熔池表面流动影响最为明显,液桥断裂产生较大反冲作用于熔池;熔池内部则是电磁力作为主导驱动力产生一股顺时针环流,环流随燃弧阶段周期切换而不断加强与减弱,并基本贯穿整个过渡周期,使得熔池内部热对流更加充分.模拟结果与试验结果显示吻合良好.

电弧增材制造传热传质数值模拟技术综述

电弧增材制造过程涉及丝材的送入和熔化,熔融金属向熔池的过渡,熔池中液态金属的对流、凝固和成形。缺陷的形成与电弧增材制造过程中发生的复杂多物理场现象密切相关。因此,需要借助高保真数值模拟技术来深入理解这些物理现象,并将其作为优化工艺条件、制造高质量产品的理论依据。本文综述了电弧增材制造传热传质数值模拟涉及的关键技术,并对未来研究方向进行了展望:首先,介绍了几种典型的热源模型,鉴于电弧增材制造过程中熔池的形成与演变是多种驱动力共同作用的结果,分析了浮力、电磁力、表面张力、电弧压力、电弧剪应力模型对流体流动和熔池表面变形的影响;然后,总结了三种金属过渡模型,包括速度入口填充液态金属、指定位置添加球状质量源项以及直接建立固态金属焊丝;最后,介绍了常用的气液界面跟踪方法。

含盐液滴运动传热传质特性及其影响因素

船舶在极地等气候寒冷恶劣的海上环境航行时,海水飞沫易导致其上层结构结冰,严重时对船舶航行及室外环境作业安全造成威胁。准确预测海水飞沫结冰,对确保极地区域安全作业具有重要意义。海水飞沫结冰和纯水飞溅结冰的主要区别在于盐度对结冰的影响,对于结冰问题,通常将海水飞沫简化为含盐的液态水滴(即含盐液滴,简称液滴)。数值模拟是研究含盐液滴结冰的重要手段,含盐液滴运动-传热传质过程是其结冰数值模拟的关键环节,决定了液滴撞击特性及与结冰相关的撞击液滴的物理量。本文在SHIPICE传热模型的基础上,提出了含盐液滴在运动过程中考虑质量损失及盐度变化的传热传质耦合模型;基于NNW-ICE平台,发展了拉格朗日框架下含盐液滴运动-传热传质耦合数值计算方法并开发了相应计算程序,实现了含盐液滴运动-传热传质过程的模拟;探究了含盐液滴运动-传热传质过程中的关键影响因素,系统分析了不同来流速度、温度、相对湿度和液滴粒径条件下的传热传质效应,为进一步发展含盐液滴结冰数值计算方法奠定了基础。

铁棍山药片热风干燥过程中传热传质规律

[目的]探明热风干燥过程中铁棍山药片的传质情况,以及干燥空间和山药片的传热情况。[方法]选用7种薄层干燥数学模型对山药片热风干燥曲线进行拟合,找出最适传质动力学模型;测定不同温度下山药的导热系数和比热容,在此基础上利用ANSYS软件模拟热风干燥过程中干燥空间温度场变化和山药片温度变化。[结果]Modified Page模型能准确预测不同热风温度条件下山药片的水分变化情况(R2为0.998 96~0.999 86)。热风干燥过程中干燥室空间温度总体呈水平面上距进出风口近处温度高,远处温度稍低,竖直面上呈上高下低的状态,但温差均不大。热风干燥过程中山药片中心处温度最低,外表面温度最高,内外层温差逐渐缩小,前期温度变化较快而后期缓慢,实测值与模拟值间的温差最大达7.75℃,最小仅为0.07℃,说明模拟结果准确度较高。[结论]Modified Page模型和ANSYS软件能够准确模拟热风干燥过程中山药片的传热传质。

湿式冷却塔的传热传质性能强化浅析

冷却塔的传热传质能力对系统冷却效率和运行能耗影响显著。本文从填料材质、波纹结构、布置方式、运行参数、空气流场均匀分布和循环水特性等方面,对强化冷却塔传热传质能力进行了分析探讨。未来的研究将布局于填料材料的优化选择、结构改进、热力性能提升,以及系统运行参数优化、纳米流体的应用等方面。

提升管反应器油剂间传热传质及混合特性研究

以某炼厂180万t/a催化裂化装置提升管为模型,通过数值模拟研究了催化裂化初始原料油液雾(简称油雾)粒径对提升管反应器油剂间传热传质及混合特性的影响。结果显示,35μm油雾与70μm油雾相比,在低高度段油雾温度更低,且温度分布更加均匀;同一高度段油雾粒径越小油雾蒸发速度更快,35μm油雾达到98%蒸发量所需时间几乎是70μm油雾的一半;对于35μm油雾来说,催化剂在提升管中心的聚集效应较弱,在不同高度横截面上比70μm油雾的固含率低,且油气在横截面上分布的更加均匀,促使原料油与催化剂的均匀混合,有利于催化裂化反应,改善产品分布。

钢轨铝热焊接过程传热传质行为计算流体力学数值分析

铝热焊在道岔焊接、既有线钢轨维修与断轨抢修中有着广泛的应用。由于铝热焊过程的封闭性,其温度与材料流动难以通过试验的方式进行测量。为此,运用计算流体力学的方法,采用k-ε湍流模型,结合流体体积法,并考虑液态金属的重力、浮力、表面张力与马兰戈尼效应,建立数值分析模型,对浇注和冷却过程不同时刻的传热传质行为进行定量分析,通过相分布特征研究凝固顺序,为后期优化浇注体系、构建新焊剂成分和砂型型式提供基础数据。结果表明:浇注过程中空气被裹挟进入熔池,浇注时间约为11 s,接头冷却至固相线1641 K以下的时间约为58 s;浇注开始后,不同区域最大温差约为1400 K,高温区位于轨底,低温区位于轨头;随着浇注的进行,轨头温度升高,轨腰温度先升后降,轨底温度降低;在浇注的最后阶段,不同区域温差缩小,最大约为400 K,高温区位于轨头,低温区位于轨底;在冷却过程中,轨头温度始终最高,轨底温度始终最低,按照轨底、轨腰、轨头的顺序发生凝固。

椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器传热传质性能及实验研究

介绍了一种椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器,通过搭建的蒸发式冷凝器性能测试实验系统,研究该蒸发式冷凝器在不同循环水配比、不同地区环境以及“风冷”“水冷”“蒸发冷凝”和“全工况”4种不同运行模式下的传热传质性能与运行特性的变化规律。结果表明:在相同条件下“全工况”模式的热流密度高于“风冷”和“蒸发冷凝”两种模式,而“水冷”模式由于其传热面积远小于其它模式,所以其热流密度最高;“全工况”模式在保持配风量及循环水总量一定的条件下,热流密度随循环水配比的增大而先增大后减小,喷淋水与冷却水的流量最佳配比为2∶5;“全工况”模式在严寒干燥地区、寒冷地区以及夏热冬暖地区的总热流密度分别为5879.64、3964.28及2933.05 W/m^(2),因此不同地区环境运行的传热性能相差较大,该冷凝器“全工况”模式在空气干燥的地区,喷淋冷却水温度范围为13~18℃运行时传热性能较优。在相同的条件下,“蒸发冷凝”模式的水膜传质系数高于“全工况”模式,且两者均随喷淋密度的增大先增大后减小。

基于冻干机传热传质特性的多参数校准系统研制

本文针对药用真空冷冻干燥机在传热传质过程中的特性和参数,结合国内外行业标准和技术方法,研制了多参数校准系统。同时,采用无线双通道设计,对西林瓶内冻干过程实际温度及冻干室内真空参数进行校准,并进行实验验证。实验证明:该系统基于实际校准工作需求,能使校准过程更加高效便利,具有可行性和有效性,可为量值溯源提供更有效的标准器。

暖通专业研究生核心课程传热传质学建设与实践

传热传质学是暖通专业研究生的一门重要的核心课程,对学生认识传热传质机理和应用能力培养具有基础性作用。根据课程内容特点和教学实际情况,从教学过程整体规划、课程思政融入人才培养过程、模块化教学内容架构方面重构了课程教学内容。同时,通过渗透科研前沿和多元化考核方式,助力课程教学顺利开展。实践表明,这些措施很好地激发了学生的学习热情,提升了学生的创新能力和实践能力,为暖通专业研究生优质核心课程建设提供了参考和实践经验。

基于导热性能研究的传热传质强化介质石墨膨胀工艺分析

本文以基于导热性能研究的传热传质强化介质石墨膨胀工艺为研究对象,通过实验和理论分析,探讨了石墨膨胀工艺对传热传质性能的影响。首先,通过石墨膨胀工艺的实验研究,得出了石墨膨胀工艺对导热性能的显著提升效果。实验结果表明,石墨膨胀工艺能够显著提高介质的导热性能,从而提高传热传质效率。其次,通过理论分析,揭示了石墨膨胀工艺对传热传质性能的影响机制。石墨膨胀工艺能够增加介质的表面积,提高传热传质的接触面积,从而增强传热传质效果。最后,通过对比实验和理论分析结果,验证了石墨膨胀工艺对传热传质性能的强化效果。本研究为石墨膨胀工艺在传热传质领域的应用提供了理论和实验依据,具有一定的工程应用价值。

水分布对蒸发式冷凝器传热传质的影响

蒸发式冷凝器具有节水、节能、结构紧凑等优点而在工业制冷等领域得到了广泛的应用。在蒸发式冷凝器性能测试实验平台基础上,测试了水流参数如喷淋密度和水温对蒸发式冷凝器传热传质性能的影响。结果表明,在满足最小喷淋密度后,喷淋密度对蒸发式冷凝器传热传质性能影响很小;在稳定的操作条件下,蒸发式冷凝器水盘中的水温可以保持恒定;循环冷却水水温降低1．1-2．0℃,在相同的操作条件下,蒸发式冷凝器传热传质系数可以分别提高7．2％-16．9％和34．5％-63．4％。

熔融碳酸盐燃料电池单体传热传质数值模拟

在分析熔融碳酸盐燃料电池性能的基础上 ,考虑了电池内的电化学反应、传热传质及电压———电流关系等影响因素 ,提出一套计算稳态条件下熔融碳酸盐燃料电池的温度与电流密度分布的数学模型。并利用它对不同气流方式 (叉流、顺流和逆流等 )的电池分别做了计算。

多孔介质传热传质中耦合扩散效应的研究

本文采用加罚函数有限元方法数值模拟在温度梯度和浓度梯度同时存在时双浮升力自然对流及其伴随的传热传质,着重探讨了多孔介质中传热传质的交叉耦合扩散Soret效应和Dufour效应的基本影响规律,展示了流场、温度场和浓度场随热附加扩散准则数和扩散附加热准则数的变化状况。

多孔介质传热传质研究的现状和展望

本文综述了国内外在多孔介质传热传质研究方面的现状，总结了我国近年来在多孔介质传热传质研究所取得的重要进展，展望了该研究领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势。

TIG 电弧传热传质过程的数值分析

以ＴＩＧ电弧为对象，建立了焊接电弧传热传质过程的完善数学模型，引入欧姆定律计算电流密度分布并用Ｋ－ε模型处理紊流问题。使用ＦＯＲＴＲＡＮ语言在ＳＵＮ工作站上进行了数值分析，得到了１００Ａ～３００Ａ电流下的流场分布、温度分布及电流分布等重要物理数据，且与重要的试验结果吻合良好。

自然通风湿式冷却塔传热传质的三维数值分析

基于CFD软件Fluent和传热传质理论,建立了自然通风逆流湿式冷却塔空气三维运动控制方程、液相冷却水运动控制方程以及气水两相间传热传质的理论模型.采用标准k-ε湍流模型进行应力封闭,对塔内传热传质过程进行了三维数值计算.计算分析了塔内外空气的速度场、温度场和含湿量场,给出了塔内冷却水温度分布场,指出塔内雨区外侧部分区域空气和冷却水温度均低于环境干球温度,并指出进风口上沿存在纵向漩涡影响气水两相间的局部传热传质强度.计算了塔内各区冷却水蒸发量,给出塔内不同高度处淋水密度的径向分布曲线和塔内传热传质区的气水比分布场,指出传热传质主要发生在填料区.

红外探测中潜艇冷热尾流的传热传质特性

本文采用有限体积法建立了1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇的三维计算模型,结合动参考系、用户自定义函数和物性多项式函数等实现了高速旋转螺旋桨和海水温度密度分层的仿真。基于该模型,探讨了螺旋桨高速旋转、海水温度密度分层和高温热尾流喷射等因素对潜艇冷热尾流传热传质特性的影响,所得结论如下:高速旋转螺旋桨促使热尾流后向延迟距离增大、海表温差减小,忽略旋转时海表温差的绝对误差和相对误差分别为3.23mK和52.7%;水下航行潜艇扰动温度密度分层海水浮升形成冷尾流温差信号,与温度密度均匀海水相比,海表温变区域显著增大、尾流温差由6.13mK增大到84mK;通过海表上游冷尾流特征判断是否存在水下航行潜艇,若存在,再结合海表下游热尾流特征实现潜艇位置的精确反演。上述结论可为优化潜艇冷热尾流的数值仿真精度提供参考与借鉴。