多孔结构及表面浸润性对池沸腾传热影响的研究进展

沸腾传热是一种高效换热方式,在多种领域具有广泛应用前景。其中多孔金属表面由于其比表面积大、导热性能好以及汽化核心密度高等突出优点,受到广泛关注;而多孔表面、耦合表面、亲疏水改性能极大地提高临界热流密度,调控沸腾传热,变无序为可控,正迅速成为强化沸腾相变传热领域的新热点。本文追踪了多孔表面和表面改性强化沸腾传热的最新进展,重点介绍多孔尺度、形状、核化点布局及整体/局部亲疏水性强化沸腾性能及机理;简要分析了以Zuber临界热流密度公式为基础的Kandlikar系列公式;整理近年来不断完善和改进的沸腾传热机理模型,认为微液层蒸发和瞬态热传导是微纳多孔表面强化沸腾的主导机制;进一步指出微纳多孔表面耦合、局部亲疏水性处理是强化沸腾传热新的发展方向。

单晶硅表面池沸腾可视化测量及数据分析

针对核态沸腾过程,利用高速摄像机和红外热成像设备对光滑、微坑、均匀微柱和槽型微柱四种不同单晶硅表面的沸腾现象进行了在线可视观测,获得了各表面气泡动力学演变过程及局部温度演变规律,揭露了基于动力学过程的沸腾强化机理。由沸腾曲线可知,光滑硅表面,沸腾起始过热度为6℃,而三种微结构表面,起沸过热度为3～4℃;同时,微坑、槽型微柱和均匀微柱表面核态沸腾的CHF较光滑表面分别提高了109%、129%和140%。动力学演变过程则证明了微坑的存在为核化沸腾提供了核化点,有效降低了核化能垒、缩短了壁面蓄能阶段的时长。微柱的存在大幅度增加了气泡核化密度,减小了脱离直径,缩短了脱离时间,促进了沸腾表面温度的均匀化。

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。从小尺度、微尺度和跨尺度三个方面对T型微小通道内两相流分流与分离的研究进展进行整理和分析。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。

微通道分流弹状流的界面过程及压力演变规律

弹状流分流不仅能调控两相流流型从而强化传热,同时也是生物化工、制药行业的传统过程。针对壁面微通道分流液相、调控两相流型的过程进行数值模拟,获得局部参数变化规律,是获得两相流流型演变机理的基础。采用VOF模型耦合动态自适应网格精准追踪气液界面,模拟气液界面在分液口的界面运动;获得轴向及壁面静压、动压的演变规律。通过模拟可知微通道分流弹状流的关键是气弹在分液口的类活塞运动;同时由于界面拉普拉斯压力差的存在,弹状流压降具有不连续性;且此不连续压力随气弹在分液口的类活塞运动具有周期波动性。而弹状流液桥部分的局部压降是影响总压降的关键;近气弹头部的液相区压降显著,近气弹尾部的液相区域由于液速降低其压降明显衰弱;此为弹状流有别于其他两相流流型的压降特点。

不同T型微通道内弹状流相分离规律的实验研究

为获得不同形式顺流T型、冲击T型跨尺度通道对两相流流型的不同调控作用,设计跨尺度-并行多T型管-单晶硅方形通道,增大分液量的同时获得更接近实际应用的多分支口最长气弹伸缩长度;利用高速压力监测系统及高速摄像监测系统分别监测T型分支通道的压力及两相流界面运动,获得不同形式微通道相分离弹状流的压力波动及分液规律,建立微通道内气液界面运动与宏观调控参数两相流流速、压差之间的相关性,同时证明冲击型跨尺度微通道具有更高分液能力。

北方村落木结构民居榫卯节点抗震性能试验研究

现存的传统村落木结构民居,由于受风雨侵蚀及战乱、地震、火灾的破坏,发生不同程度的损伤和破坏,榫卯节点残损情况直接影响整个民居房屋结构的安全。以北方地区传统村落“四梁八柱”木结构民居榫卯节点(馒头榫)为研究对象,考虑不同残损类型及程度,制作5个足尺梁柱节点模型,通过拟静力低周往复加载试验研究其破坏模式、弯矩-转角滞回响应及骨架曲线、加载刚度、变形、强度及耗能能力等力学性能。试验结果表明:馒头榫节点破坏模式表现为榫头拔出、榫与卯口挤压变形;相比于完好节点,残损馒头榫节点抗弯承载力、加载刚度和耗能能力明显降低,且“捏拢”效应加剧;榫头松动是导致节点力学性能降低的直接原因;垂直加载方向虫蛀节点力学性能劣化程度强于平行加载方向虫蛀节点,更易导致耗能能力降低。

高温气冷堆核电站蒸汽发生器可拆管段拆装系统研究

设计一款高温气冷堆核电站蒸汽发生器可拆管段拆装系统并通过调试试验验证。可拆管段是蒸汽发生器主系统管段,其拆装决定蒸汽发生器后续检维修作业的进度。分别针对蒸汽侧与给水侧不同使用环境,采取不同方式进行拆装。最后通过在模拟体上进行试验,验证了拆装系统的可行性。