超薄空间复杂边界条件下气体流动压降实验

随着超薄热管等元件进一步超薄化,蒸汽腔厚度减小导致蒸汽流动压降急剧增大,传热热阻增加,传输极限降低。搭建了超薄受限空间气体流动压降实验装置,开展空气流动实验,获得了不同通道高度(0.1~0.5 mm)、不同表面丝网孔径(0.036~0.104 mm)和不同流速(1~10 m/s)下的压降变化。结果表明:通道高度和流速对压降产生显著影响,而表面丝网孔径并不会;3个影响因素按显著程度依次为通道高度、流速、表面丝网孔径;随表面丝网孔径的减小,压降逐渐增大;随通道高度的减小,压降先缓慢增大,在减至0.3 mm后压降开始剧烈上升;随流速的增加,压降增大且近似呈正比例变化关系。最后基于实验数据修正了微通道层流情况下沿程阻力系数相关性预测关联式,以便更准确地预测气体压降。

翼型通道换热器在燃机系统中流动换热性能的数值研究

为提高动力循环性能,将印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)应用于间冷回热燃气轮机循环,采用数值模拟方法对变物性烟气和水在翼型通道内的流动换热性能展开研究。基于热力学第一定律与第二定律分析翅片横向和纵向间距对流动传热性能的影响,通过正交实验分析各个因素的影响权重并提出传热流动关联式。结果表明,两种工质下,换热器的综合性能随着纵向间距的增大而提高。当工质为水时,随着横向间距的减小,PCHE的综合性能提高,而当工质为烟气时,横向间距在2.4~3.6mm之间的综合性能最佳。传热强化和速度与温度梯度之间协同作用的增强密切相关,增大横向间距和纵向间距可以有效减少换热过程中的不可逆损失。不同横向和纵向间距会影响边界层的发展,进而影响换热器的流动换热性能。研究结果对在燃气轮机循环中翼型印刷电路板式换热器的优化设计具有一定的指导意义。

超临界CO_(2)微通道换热器研究进展

在“3060双碳目标”背景下,能源高效输运与合理利用是实现碳中和的重要路径之一,而换热器在能量输运与转换中的作用至关重要。相较于传统换热器,微通道换热器在维持同等换热能力的同时,大幅减小了体积,极大提高了传热效率,在很多重要领域均有应用。超临界CO_(2)(S-CO_(2))发电系统、跨临界热泵和制冷系统等因环境友好和效率高等优势,在“双碳目标”背景下具有重要的应用前景。S-CO_(2)物性剧烈变化以及系统对高温高压的要求,对换热器设计、耐高温高压、高紧凑和高效率都提出巨大挑战,成为科学界和工业界研究的热点话题,且近几十年相关研究也取得了重要进展。为了全面回顾微通道换热器在S-CO_(2)系统中的研究进展,本文从S-CO_(2)的传热流动特性出发,分析了管内S-CO_(2)换热的影响因素与现有微通道换热器对S-CO_(2)系统的适用性。重点论述了印刷电路板式换热器(PCHE)不同结构形式及设计优化方法,最后讨论了PCHE的优化对整个S-CO_(2)系统的性能提升的影响。本文对S-CO_(2)微通道换热器进行了全面的论述,可为以CO_(2)或其它超临界工质为媒介的能源动力系统换热器的选型、设计和优化提供重要参考。

完全氧化DZ125的双向反射特性实验研究

作为燃气轮机的核心部件,涡轮叶片长期在上千度的高温下工作,为了保证叶片安全可靠地运行,需要对其温度进行实时的监测。辐射测温是目前涡轮叶片非接触式测温的主流方法,其测温精度与叶片材料反射特性关系密切,如何预测不同方向反射能量的大小,减小反射辐射对测温结果的影响是目前研究的难点。为了预测叶片反射能量大小,提高辐射测温的准确性,对涡轮叶片常见材料——完全氧化DZ125的双向反射分布函数(BRDF)进行研究。采用对比法作为实验测量的方法,先分析了BRDF对比法测量原理及数据处理方法,之后自主搭建了试验台,在温度分别为25,900和1100℃,波长分别为1060,1550和1908 nm的条件下,控制入射天顶角及反射天顶角在0°~60°范围变化,方位角在0°~180°范围变化,测量计算出了多组BRDF值,分析了各种因素对完全氧化DZ125的BRDF的影响。最后采用Modified Phong模型对BRDF测量值进行了拟合,并与实验测量结果进行了对比,得到了较好的结果。研究结果表明,温度、波长对完全氧化DZ125的BRDF影响较小,在涡轮叶片工作的温度范围变化不大,辐射波长变化不大时,可忽略二者对BRDF的影响。而入射天顶角、反射天顶角与方位角对BRDF的影响很大,入射天顶角与反射天顶角大小越相近,方位角越接近180°,测量探头所处位置与镜面反射方向就越接近,试样的镜面反射特性就越显著,BRDF就越大;反之,当探头远离镜面反射方向,漫反射占据主导,BRDF将呈现快速的衰减。实验结果显示完全氧化DZ125具有很强的镜面反射特性。Modified Phong模型拟合得到的结果,能够较好地反映出完全氧化DZ125的双向反射特性。这一模型简单可靠,适用于后期采用蒙特卡罗方法进行数值模拟研究,以预测完全氧化DZ125材料的反射能量分布,为后续开展涡轮叶片辐射测温的研究提供理论基础。

半环对撞流干燥的实验研究

进行了半环对撞流干燥的流动与干燥特性实验．得出了反映系统流动规律的颗粒停留时间随载带率的变化、颗粒速度沿径向与周向的分布及气团相对速度沿运动方向的变化等；研究了空气温度、载带率及物料初始合湿量等因素对干燥过程的影响，并得出了相应的实验关联式．根据实验与计算结果，提出了提高半环对撞流干燥速率的有效途径．

盛有液化气的压力容器在高温环境下的热响应

针对盛有液化气的压力容器处于高温环境下的情形,简要介绍了采用数值模拟技术预测液化气容器热响应的基本方法,并列举实例,给出模拟结果与实例的比较。

脉冲激光作用下表面液膜相变行为的实验观测

本文采用显微放大摄影及快速瞬态温度检测系统，对高能脉冲激光作用下金属表面液膜的相变行为进行了观测、拍照及瞬态温度测量，初步揭示了一些新的物理现象，并研究了激光功率密度、脉冲宽度、工质种类等对表面液膜相变行为的影响．

快速瞬态传质过程中非费克效应的实验与理论研究

以ＮａＣｌ溶液和纯水快速接触质量传递过程为例，进行了快速瞬态扩散传质的实验与理 论研究。实验测定了质量传播速度与瞬态浓度分布等的变化规律，揭示了快速瞬态扩散传质所具有 的不同于经典扩散理论所描述的物理机制，并进行了相应的理论分析。结果表明，理论计算与实验 结果吻合良好，修正的Ｆｉｃｋ定律表达式能更真实的反映快速瞬态扩散传质规律。

基于柔性热管的笔记本电脑散热过程数值模拟研究

可折叠笔记本电脑,采用柔性热管将CPU热量传导至显示屏背板,通过自然对流将热量带走,实现笔记本电脑CPU的温度控制。针对这一结构,采用Fluent软件建立笔记本电脑热管散热结构对应的物理模型,在自然对流条件下,改变柔性热管的弯折角度,研究不同弯折角度对散热性能的影响,分析不同条件下的温度变化曲线。设计显示屏背板作为模型主要散热结构。结果表明,在柔性热管恒定导热系数和随角度变化导热系数条件下,模型散热能力均随热管弯折角度减小而增大,同时,考虑了增加辐射后对模型散热能力的影响大小,考虑辐射后,总体散热趋势无较大变化。

半环对撞流干燥的流动与传热传质分析

建立了半环对撞流干燥过程中的流动与传热传质数学模型。针对模型各部分的不同特点，分别采用合适的数值处理方法进行了数值计算。不同工况下，模型计算与试验结果吻合良好，能较好地预测干燥过程中入口空气温度、载带率及物料初始含湿量等因素对干燥过程的影响。通过对模型计算和试验结果的分析。

快速瞬态热传导与质扩散的类比关系

从物理机制与数学描述等方面分析了快速瞬态热传导与质扩散所存在的类似性，理论分析与实验结果均表明：快速瞬态热传导与质扩散具有类似的物理行为与相同形式的数学描述．通过理论分析给出了量纲为一数Ｈｈ，Ｈｍ及Ｈ１（Ｈ１＝Ｈｂ／Ｈｍ），数值模拟了它们对温度分布与浓度分布的影响及温度分布与浓度分布的一致程度．

流化床散粒状物料干燥过程模拟研究

建立了集流化床内的流动、颗粒传热传质和床层干燥过程为一体的综合数学模型，针对模型各部分的不同特点，分别采用了恰当的数值处理方法进行了数值计算。不同工况下，模型计算与实验结果吻合良好，本文结果有助于深入了解流态化物料干燥机理及各种因素对干燥过程的影响，对干燥设备及干燥工艺的确定具有直接指导作用。

微通道内超临界二氧化碳的压降与传热特性

进行了微通道内超临界CO2的局部和平均传热与压降特性实验研究。结果表明,临界点附近物性参数的剧烈变 化使压降增大,但传热被大大强化。同时也发现,系统压力、质量流速及CO2温度对流动与传热特性有重要影响。在大 量实验数据的基础上,得出了冷却条件下水平微通道内超临界CO2强制对流换热关联式。

高热流密度激光作用下含混多孔材料的传热传质分析

建立了快速高热流密度激光作用下含湿多孔材料传热传质数学模型，并采用恰当的数值处理方法进行了数值计算。结果表明，快速高热流密度激光作用下含湿多孔材料的传热传质具有经典热质传递理论难以解释的超常效应－非傅立叶与非费克效应，且非费克效应比非傅立叶效应更明显，较高含湿量的材料在高热流密度激光作用下的非费克效应应予以足够重视。

半环对撞流干燥的流体动力学特性分析

进行了半环对撞流干燥流动特性的实验与理论研究。实验测定了物料颗粒在环内的运动速度与停留时间沿运动方向的变化，系统压降随载带率的变化等。计算并讨论了不同工况下物料颗粒在环内的运动速度与停留时间的变化规律、颗粒的最大穿透深度与穿透时间及各种因素对流动特性的影响。研究结果表明，对撞区内气固相对速度较大，是强化半环对撞流干燥的有利场所；适当增加环的直径是强化半环对撞流干燥的有效方法；实际干燥过程中存在一合理的气流速度，使其相应的干燥速率最大，干燥的能耗与费用最低。

粒状物料干燥过程中的传热传质分析

建立了粒状物料干燥过程中传热传质数学模型，并采用数值方法进行了处理，该模型能较好地预测干燥过程中物料的含湿量及温度等的变化。模型计算结果与实验结果吻合良好。

脉冲激光加热下超急速爆发沸腾现象观测

以不同体积配比的纯丙酮/乙醇混合液体为实验工质,进行了脉冲激光加热下超急速爆发沸腾的实验研究。采用快速瞬态温度检测系统测定了爆发沸腾过程中金属薄膜表面温度变化规律,采用显微放大摄影系统观测与拍摄了液体工质产生爆发沸腾时气泡生成与运动的系列照片,揭示了超急速爆发沸腾与常规沸腾的本质区别以及激光加热条件、混合工质体积配比及工质中加入纳米颗粒等因素对超急速爆发沸腾的影响规律。

脉冲激光照射下生物质材料的传热特性

采用快速瞬态温度检测系统测定高能脉冲激光作用下生物质材料的温度动态变化,研究生物质材料瞬态传热特性以及激光脉冲宽度、功率密度、材料厚度与初始含湿量对温度变化规律的影响。根据实验现象,尝试提出脉冲激光作用下生物质材料传热的数学模型,数值模拟分析表明,计算与实验结果基本吻合,能较好地反应脉冲激光作用下生物质材料的传热特性,为进一步深入研究和理论分析积累了有价值的实验资料,提供了可供参考的经验。

快速瞬态质量传递规律的实验与理论研究

建立了液-固及液-液快速阶跃式接触质量传递实验装置与实验测量系统,并分别进行了相应的实验研究.通过实验及理论分析,揭示了液体与固体多孔介质及液体与液体突然接触时不同于经典传质理论所描述的物理机制,研究了各种因素对快速瞬态质量传递规律的影响.结果表明,修正Fick定律表达式的计算结果与实验结果吻合良好,能更好地描述两种介质突然接触时质量传递的阶跃函数特性与规律,表明质量松弛时间、质扩散系数、边界质量扰动强度等对快速瞬态质量传涕规律有一定的影响.

高温环境下容器内液化气的热响应分析

介绍了采用数值模拟技术预测高温环境下容器内液化气热响应的基本方法，并给出模拟结果与实验结果的比较与讨论。结果表明模型能较好地预测高温环境下容器内液化气的热转换机理。