高温高压喷雾闪蒸的蒸发特性

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台,以水为工质,研究初始条件和运行条件对闪蒸蒸发特性的影响。首次将液体初始温度提高至100℃以上,将闪蒸罐运行压力保持为正压,并使用具有独特双S形叶片的涡旋实心锥喷嘴,将液体向上或向下喷入闪蒸罐。实验过程中液体初始温度为135-150℃,闪蒸压力分别为121、126、131、136、141、146 k Pa,液体过热度为30-46℃。实验结果表明,闪蒸蒸汽流量随初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小。液体向下喷射比向上喷射产汽量更高,蒸汽带水更少。闪蒸效率随过热度呈线性增长,在大量实验数据基础上拟合出二者之间的经验公式。实验结果为高温高压喷雾闪蒸的工业应用提供借鉴。

Jakob数在高温高压闪蒸过程中的作用及影响

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台进行变工况实验,选取量纲1的Jakob数(Ja),即相变过程可用显热与蒸发潜热之比作为闪蒸过程的特征数,研究不同实验条件下闪蒸效率随Ja的变化规律。发现Ja越大,闪蒸效率越高,闪蒸越剧烈。闪蒸效率随液体初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小,这两种现象均与Ja的物理意义密切相关。闪蒸效率和Ja均是过热度的增函数。在过热度相同的前提下,较高的初始温度和闪蒸压力的组合更有利于闪蒸。综合实验数据提出闪蒸效率与Ja之间的经验公式。实验结果在高温高压闪蒸领域有较强通用性,可为其在工业上的应用提供参考。

微通道内单柱绕流特性的Micro-PIV实验研究

采用微观粒子成像系统(Micro-PIV)实验研究了6<Re<300范围内微通道内D=0.4mm圆柱的绕流特性,获得并分析了不同Re下不同高度流层的速度场、涡量场、湍流强度场及回流区漩涡结构。研究结果表明,微圆柱绕流出现漩涡的第一临界Re在10左右,随着Re的增大,尾流区涡长度和宽度增加,尾流区域增大,漩涡中心后移;由于黏性阻滞,越靠近微通道壁面,主流速度越低且分布越均匀;不同高度下回流区长度相同,远离壁面的平面尾流区漩涡中心沿流动方向后移;高涡量区与高湍流强度区分布在微圆柱两侧,说明该位置流体混合较为剧烈,随着Re的增大,涡量增加,高涡量区变窄、变长,湍流强度及高湍流强度区域增大,当Re>200,不同高度流层的湍流强度差别较小。

余热发电系统双S型旋流片喷嘴内部闪蒸过程数值研究

闪蒸是液体经历压力突降时的快速汽化现象,在高耗能行业余热回收领域具有广阔的应用前景。针对闪蒸余热发电系统喷嘴内部流动与相变现象研究相对缺乏的问题,以典型的双S型旋流片喷嘴为研究对象,展开内部闪蒸问题的数值研究。基于耦合的流体体积函数模型与降压相变模型构建喷嘴内部闪蒸流动的数学描述,并利用CFD软件进行数值求解。结果表明,流体流经S型旋流片时开始旋转加速,在旋流片下游呈现中间旋转程度低、周围旋转程度高,随后经流道收缩段加速喷出。旋流片下游压力降低引发内部闪蒸现象,流体最终以气液混合物状态离开喷嘴。此外,从改善雾化效果、减轻积垢、增加通流能力的角度提出一种改进的喷嘴结构,能够促进喷雾闪蒸充分快速进行,有助于进一步提升闪蒸余热发电系统效率。

循环喷雾闪蒸影响因素的实验研究

闪蒸是液体经历压力突降时的快速汽化现象,循环喷雾闪蒸具有节能环保、可充分利用低品位热能的特点,在高耗能行业的余热回收方面展现出良好的应用前景。文章以闪蒸在余热发电领域的应用为出发点,以工业余热为热源,基于大型闪蒸实验平台,使用控制变量法,进行循环喷雾闪蒸变工况实验,研究液体过热度、闪蒸压力、供水流量、喷射方向和喷嘴尺寸对闪蒸特性的影响,分析闪蒸蒸汽流量和汽化率的变化规律。结果表明:闪蒸蒸汽流量和汽化率随过热度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小,蒸汽流量随供水流量近似成比例的变化;液体向下喷射的闪蒸效果优于向上喷射,喷嘴尺寸的减小使喷雾液滴粒径减小,缩短了液体在闪蒸罐内停留时间。

单圆柱微通道内流动特性实验研究

采用Micro-PIV实验系统和压差测试系统,研究了含有单个微圆柱的通道内去离子水在10<Re<430范围内的流动特性,得到了通道不同高度流层的流线、无因次速度场、湍流强度分布以及压降。结果表明,微圆柱绕流的第一、第二临界Re分别在10和430左右;尾流区漩涡内流体存在垂直流动方向的速度,漩涡三维特征明显;当Re较低时,压降及漩涡长度随Re增加较为缓慢,黏性阻力所占的比重较大,随着Re的增加漩涡发展,形状阻力占据的比重增加,压降随Re增加幅度上升,当Re达到400左右压降随Re变化曲线斜率增大,此时尾流区流动向着漩涡脱落过渡。

基于微观粒子图像测速法的微肋阵通道内流场特性研究

采用微观粒子图像测速法(Micro-PIV),实验研究了Reynolds数(Re)=50~800范围内去离子水在微肋直径D=0.4 mm微肋阵内的绕流流场特性,获得了不同Re下错排和顺排微肋阵内的流线分布与速度场,分析了Re与微肋排布方式对旋涡结构、流速分布等流场特性的影响规律。研究结果表明,在Re=50~700范围内,错排和顺排微肋阵内均出现涡结构,当Re=800时错排微肋阵内开始发生旋涡脱落;错排微肋阵内旋涡长度随着Re的增大而增加,而对于顺排微肋阵,在低Re时旋涡长度随着Re的增大而增加,当Re≥300后,旋涡长度保持微肋间距不再增加;顺排微肋阵内主流区顺流速度较错排微肋阵大,而错排微肋阵内横向速度大于顺排微肋阵且最大值比顺排微肋阵高约25%,微肋错排布置增强了流体的掺混。

太阳花散热器的热性能分析

针对长度为10 cm、翅片数量为18、翅片厚度为0.7 mm、翅片高度为14 mm的太阳花散热器,建立了数值模拟模型,并通过实验对模拟进行了验证,发现两者误差在3.5%以内,证明了模拟结果的可靠性。在此基础上,采用数值模拟研究了散热器长度、翅片数量、翅片高度、翅片厚度与翅片温度和传热系数的定量关系。研究结果表明,在相同散热量下,翅片温度与传热系数均随着散热器长度的增加而降低,而翅片温度随着翅片数量的增多先降低后升高,因而存在最佳翅片数量使散热能力最强;翅片温度随着高度的增加而降低,翅片厚度对翅片温度的影响不大。

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Tin=50.6~81.5°C,热流密度q"=10.1~87.1W/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。

过热液滴闪蒸过程数学模型的建立与应用

本文以闪蒸蒸发机理的特殊性为出发点,基于过热液滴闪蒸所需热量由其内部过热能量提供这一理论基础,建立了全新的过热水滴闪蒸的现象学模型,使用MATLAB/Simulink进行求解,通过实验验证其有效性。经计算得出了闪蒸过程中液滴温度、直径、质量、蒸发速率和蒸发率的变化规律,并利用控制变量法,研究初始温度、闪蒸压力和液滴粒径对液滴温度变化、蒸发速率、蒸发率和闪蒸时间的影响,得出了具有代表性的结论。

微通道内单柱绕流特性的实验研究

基于显微粒子成像测速(Micro-PIV)技术,对微通道内单柱绕流特性展开实验研究,分析了10<Re<350范围内不同高度流层的速度场、涡量场及旋涡特性。结果表明:微尺度绕流现象相比宏观尺度存在滞后,首次出现旋涡的第一临界Re约为10。随着Re的增大,尾流区长度不断增加,旋涡尺度逐渐增大,旋涡中心位置向下游延伸。涡量强度随Re的增加而提高,涡量向下游扩散能力增强,高涡量区变窄。不同高度流层的速度场与涡量场存在差别,体现出三维效应。