水平波纹管外降膜蒸发的液膜流动与换热特性分析

针对低温制冷剂R134a(C2H2F4)在水平管外存在降膜蒸发问题,运用流体体积(volume of fluid, VOF)模型与用户自定义函数(user-defined functions, UDF)数值模拟管外液膜流动与换热特性,包括液膜沿换热管(波纹管与光管)的轴向和圆周方向的流动、液膜厚度分布、液膜内气泡成核及分布等.计算结果表明:在恒热流(qw=2×104W·m-2)的波纹管与光管外壁上,R134a液膜在轴向和周向上的流动与换热均存在一定差异,波纹管外液膜在轴向上的铺展速度比光管快2.0 ms,而在周向上铺展较为均衡,且铺展速度稍慢于光管;波纹管外液膜平均厚度为0.120 mm,比光管薄7.00%,其中迎面区液膜厚度为0.119 mm,较光管薄13.14%;与光管相比,波纹管外液膜内气泡成核的起始时间提早2.6 ms,成核点数多15.32%,且分布较广,多见于周向角为55°~135°的区域;波纹管外平均换热系数比光管提高10.17%,迎面区换热系数为背面区的3.53倍.

表面张力对矩形微通道汽液两相流动换热的影响

为探究表面张力对微通道内水溶液流动沸腾的影响,针对0.2 mm×20.0 mm的矩形微通道,底面恒热流(q=200 k W·m-2)加热的工况进行数值模拟.采取VOF多相流模型和用户自定义函数建模,应用几何重构的方法追踪汽液两相界面迁移的变化.通过计算得到表面张力σ分别为0.035,0.045,0.059 N·m-1(纯水)时,微通道内水溶液流动沸腾过程中汽泡沿流动方向的成长、聚并等演变行为和相应的汽液两相流的流型发展状况(泡状流、弹状流和拉伸汽泡流).结果表明:与σ=0.059 N·m-1相比,σ=0.035 N·m-1时,单个汽泡尺寸减小约1/2,流型转变滞后,且通道进出口压降Δp波动幅度减小约2.1 k Pa,加热壁面温度超过400 K的区域减少3/4,最高过热温度从1 600 K降到1 000 K;不同的表面张力,微通道内流动方向上的汽泡演变过程有所差别,但均会依次出现泡状流、弹状流和拉伸汽泡流的流型变化规律;减小表面张力,有助于提高汽液两相流的流动稳定性,进而保证微通道内相变换热的可靠性.

磁流化床气固两相流动的数值模拟及实验验证

建立了床体为圆筒的磁流化床简化数学模型 .采用SIMPLEC算法对此类磁流化床床内的气固两相流动进行数值模拟 ,并对多种运行条件下床内气固两相流动的数值模拟结果进行分析 ,获得了磁流化床内气固两相在偏离或接近临界稳定区域的流化特性 .通过用相对应的实验装置进行实验验证 .结果证明 :该简化的双相模型和SIMPLEC算法对磁流化床床内气固两相流场进行数值模拟具较好的适用性和准确性 .

磁流化床中铁磁颗粒流化特性的数值模拟

针对磁流化床中颗粒浓度高,相互作用强的特点,在双流体模型的基础上,引入颗粒流的动力学理论,对床内铁磁颗粒在不同工况下的流化特性进行数值模拟.计算结果表明:在无磁场或弱磁场作用下,床内多处产生气泡,颗粒呈鼓泡流化状态;在适度磁场作用下,磁场对颗粒的作用明显,可以抑制床内气泡生成,实现颗粒的稳定流化.增大气体表观流速比后,磁场的调节作用相对减弱,颗粒不能实现稳定流化.与试验数据比对,二者吻合较好,数值模拟结果较好地反映磁流化床中颗粒的流化行为.

确定磁流化床磁稳操作区域的理论分析与实验研究

基于颗粒受力分析,运用流化床的基本理论,采用量纲分析法,提出磁流化床的磁稳区域主要取决于雷诺数Re、阿基米德数Ar和磁重势能比Er,并通过实验数据关联,进一步得出确定临界鼓泡流化速度与起始流化速度之比(即磁稳区域)的半经验公式.此公式与实验结果的误差小于8%,与以往文献中的数据基本吻合,这说明在一定场合下,该公式具有较好的适用性.

阶梯型百叶窗翅片的热力性能分析

针对阶梯型百叶窗和百叶窗翅片分别建立三维模型，通过数值模拟方法得到两类翅片流动传热单元内的空气流场、温度场与压力场分布，据此比较分析二者的热力性能差异．结果表明：阶梯型百叶窗翅片的传热因子j和摩擦因子f均高于普通百叶窗翅片，雷诺数Re在558～2510范围内，前者j因子较后者高出29．8％～18．6％,f因子增加39．7％～58．9％；雷诺数较低时，阶梯型百叶窗翅片的热力性能指标j／f^1/3力高出百叶窗翅片最高达16％；雷诺数高于2232时，二者的差别则低于3．2％；阶梯型百叶窗翅片在低雷诺数条件下热力性能提高明显，对于较高的雷诺数，其优势减弱显著．

烟气横掠螺旋槽管束磨损特性的数值模拟

为探究烟气中固体颗粒对螺旋槽管束的磨损行为,应用离散相模型对烟气横掠顺列螺旋槽管束进行气固两相流动的数值模拟,并通过用户自定义函数引入新的磨损计算模型.分析了飞灰颗粒对光管和螺旋槽管磨损的差异以及烟气流速、粒径、横向/纵向管距和螺距、槽深等因素对螺旋槽管磨损的影响.结果表明:相同工况下,螺旋槽管管束磨损率比光管管束小10%左右;磨损率随烟气流速、颗粒直径、纵向管距的增大而增大;小粒径颗粒(dp=25μm)最大磨损位置发生在圆心角30°左右,较大粒径颗粒最大磨损位置发生在圆心角40°左右;磨损率随横向管距、螺距、槽深的增大而减小;槽深对螺旋槽管磨损率的影响远低于螺距的影响.

磁流化床磁稳流化区域的确定及影响因素

Experimental research on the fluidized characteristics of four magnetic particles with different average diameters(from 213 μm to 512 μm) was carried out in this study.The effects of such factors as intensity of the magnetic field and diameter of the particles,on the stable zone in the magnetically fluidized bed were investigated and discussed.Based on the experiments,by using the dimensionless analysis method,an experimental correlation to calculate the stable zone with three dimensionless numbers,i.e. the ratio of magnetic potential to gravity potential E_r,Archimedes number Ar and Reynolds number Re,was proposed.In addition,the level of significance of the correlation was tested,and the results showed that the most significant factor to influence the stable fluidization zone was E_r,and Ar was the second,while Re was the least significant factor.

烟气横掠螺旋槽管束灰粒沉积特性的数值模拟

为研究烟气中飞灰颗粒在螺旋槽管束壁面上的沉积特性,颗粒相采用离散相模型,气相采用k-ε湍流模型构建烟气横掠螺旋槽管束的气固两相流动模型,结合用户自定义函数(灰粒沉积模型)开展数值模拟研究.比较和分析飞灰颗粒在螺旋槽管束和光管管束壁面上的沉积特性和差异,并讨论两相流动参数、管束结构参数对灰粒沉积速率的影响.结果表明:烟气流速为7~10 m·s-1时,螺旋槽管束壁面上的灰粒沉积速率比光管减小5%左右;流速大于10 m·s-1时灰粒在螺旋槽管壁上的灰粒沉积速率与光管无明显差异;较大粒径的灰粒易沉积,灰粒质量浓度越高,灰粒沉积速率越大;灰粒沉积速率与管束的纵向节距成正比,与横向节距、螺距以及槽深成反比,横向节距和螺距对沉积速率的影响相对明显.

Ω型凹槽微通道内的汽泡行为及流动沸腾特性

针对Ω型凹槽微通道内流动沸腾,运用VOF(volume of fluid)模型和用户自定义函数,对微通道内发生的一系列汽泡行为进行了数值模拟.结合Ω型凹槽微通道内汽泡成核生长、聚并、脱离的动态演变过程,分析Ω型凹槽微通道流动沸腾换热的特点.结果表明:与平直微通道相比,Ω型凹槽微通道内的汽泡行为较为不同,汽泡脱离周期缩短,主流区温度降低,汽泡与受热壁面之间存在液体薄层,有助于提升流动沸腾换热的稳定性、可靠性;不同的凹槽结构(凹槽深度H、凹腔直径D)强化传热效果不同;H=50μm,D=80μm的Ω型凹槽微通道,其换热系数最高;H=30μm,D=50μm的凹槽微通道则对应最低的换热系数;凹腔直径对微通道内的压降影响较为明显,较大的凹腔直径对应较高的压力损失.

翅窗间距比对管带式散热器综合性能的影响

为评价散热器的综合性能，对空气流经不同翅窗间距比（Fp／Lp）的百叶窗翅片的流动传热进行数值模拟。首先，得到翅窗间距比与翅片热力性能之间的变化规律：Fp／Lp=0．8～1．1时，传热因子j随Fp／Lp增大而减小；Fp／Lp=1．1～1．2时，j随比值的增大而增大；Fp／Lp〉1．2时，j随比值增大而减小；阻力因子厂则随Fp／Lp增大而减小。同耗材热力性能评价因子j／f1/3先随Fp／Lp增大而增大，在Fp／Lp=1．3处达到最大值，随后略有下降。为反映由散热器紧凑性变化导致的体积变化，引入同体积热力性能评价因子FNTU／f1/3，结果发现：与评价因子j／f1/3不同，FNTU／f1/3随Fp／Lp增大而减小，Fp／Lp〉1．2时则有小幅回升。最后，为了综合评价散热器性能，提出权衡系数叼来体现各个比值的优势，可由此根据实际需求选择翅窗间距比。

弯折角百叶窗翅片流动传热性能的数值模拟

提出一种经弯折处理的改进型百叶窗翅片，针对常规百叶窗翅片与三种改进后翅片建立三维模型，结合数值仿真方法和已有经验公式，分析和比较了两种翅片的流动传热特性和热力性能。研究结果表明：相对于常规翅片，改进后翅片的j因子和厂因子均有所下降。雷诺数在228～1028变化范围内，弯折角度分别为10°、15°和20°时，j因子降幅分别为1．7％～0．1％、3．3％～0．1％和7．4％～4．2％，厂因子降幅为6．8％～4．4％、11．4％～4．9％和17．3％～9．4％。采用j／f1/3对翅片性能综合评价得出，折角10°和15°翅片的热力性能优于常规翅片。

磁流化床铁磁颗粒的流化特性与磁稳区的确定(英文)

针对磁流化床可实现磁稳流化的特点，提出了一种确定和计算磁稳流化区域的方法．通过对4种不同粒径的铁磁颗粒（其平均粒径范围231—512μm）进行流态化实验研究，得到铁磁颗粒分别在磁场强度为0—7330A／m时的流化曲线．实验中采用压降波动的方法测定最小鼓泡流化速度，进而确定磁稳流化区域的范围．基于铁磁颗粒的流化曲线，分析得到铁磁颗粒的流化特性，讨论了颗粒粒径、磁场强度对磁稳流化区域的影响；运用多元回归的方法得到磁稳流化区域与磁重势能比、阿基米德数以及雷诺数之间的实验关联式．与已有的研究相比，此式较为简单，具有较好的适用性，据此式可以方便地给出磁流化床磁稳流化状态运行时的合理参数．

波形微通道流动沸腾换热特性的数值模拟

提出一种壁面为正弦波形结构的微通道,应用VOF模型和用户自定义函数,着重对波形微通道内的流动沸腾换热过程进行数值模拟.对比波形微通道和平直微通道内的汽泡变化、流动沸腾换热效果和可靠性的差异,分析波形结构对微通道流动沸腾换热的影响.对比发现:波形结构可以促进汽泡脱离受热壁面,维持核态沸腾,避免局部干涸,保证汽液两相流动的可靠性.研究结果表明:增大波幅和减小波距均可强化波形微通道的沸腾换热;波幅扩大到4倍(从20μm增加到80μm),沸腾换热系数提高26.5%,流动阻力升高24.0%;波距缩小到1/4(由2.0 mm减少到0.5 mm),沸腾换热系数提高16.0%,流动阻力升高40.0%;波幅对沸腾换热系数的影响较大,而波距对流动阻力的影响较大,但过大的波幅和过小的波距会引起局部干涸,造成传热恶化,不利于可靠传热.

变风量空调末端单元中均速管流量计的布设方法及优化

为提升变风量空调末端单元风量调控的有效性,针对末端单元的气流入口至后部风道的空气流场进行数值模拟,结合风道不同截面上的速度分布,提出基于均速管流量计的测量值与理论值平均相对误差最小的判据.比较100~300 m^(3)·h^(-1)的风量下(不同风阀开度),风道截面上速度分布曲线与理论值的交点数目及位置,得出流量计的安装位置与测孔尺寸.结果表明:均速管流量计位于风道的X=306 mm(沿程方向)、Y=21.0 mm(高度方向)处截面上,测孔坐标依次为Z=116、188、264、330 mm的布设方案,其风速测量值与理论值的一致性较好,最小相对误差仅为2.25%(50%的风阀开度),最大相对误差为9.04%(30%的风阀开度).

V形凹槽对微通道流动沸腾临界热流密度的影响

运用VOF模型和用户自定义函数,对水在0.2 mm×20.0 mm微通道内的流动沸腾过程进行数值模拟,分析V形凹槽的槽深与开口宽度之比h/R、凹槽数量n对水在微通道中临界热流密度的作用.结果表明:入口水温T_(in)=369.00 K,流速v=0.2 m·s^(-1)的工况下,凹槽数量一定(n=30),h/R(R=0.02 mm)不同,微通道对应的临界热流密度有所差异;h/R分别为1,2,3,4时,相应的临界热流密度为400,375,500,450 kW·m^(-2),h/R=3时,对应的临界热流密度最高(500 kW·m^(-2));h/R为定值(h/R=3)时,增加凹槽数量可以提高临界热流密度,n分别为30,90和150时,对应的临界热流密度为500,525,575 kW·m^(-2);在一定条件下,采用适当的凹槽结构(h/R=3)、增加凹槽数量可以提高微通道流动沸腾的临界热流密度,有利于维持流动沸腾换热的可靠性.

磁稳流化床烟气除尘特性的研究

针对所设计的磁稳流化床(500×2 100 mm)进行了烟气除尘特性的研究。基于颗粒床除尘效率模型,从理论和实验两方面给出了磁场强度、烟气流速比、床层高度、铁磁颗粒径等因素与除尘效率之间的变化关系,并给出磁稳流化床高效清除烟尘的合理运行参数。结果表明,磁稳流化床的除尘效率在95%以上,其高效除尘的关键在于保证床层处在磁稳流化状态。

内设凹槽微通道内的气泡行为与流动沸腾换热特性

运用VOF(volume of fluid)模型与用户自定义函数,数值模拟研究水在加热壁面上V形、梯形、方形和燕尾形凹槽微通道内的流动沸腾,分析凹槽形状对气泡成核、生长、脱离及聚并等行为的影响.研究结果表明:在热流密度为300 kW·m^(-2)时,凹槽均被激活为沸腾核化点,与其他形状凹槽相比,水在燕尾形凹槽微通道内的起始沸腾时间相对较早;在核态沸腾阶段,与梯形凹槽相比,气泡在燕尾形凹槽微通道内的生长和脱离时间分别缩短为7.50和6.70 ms,气泡脱离频率从33.8 s^(-1)提高至66.7 s^(-1),有利于水在微通道内的流动沸腾换热强化;脱离气泡在微通道内的聚并与拉伸行为增大液膜蒸发区域,气泡对液相的扰动增强,但会造成加热壁面上发生局部干涸,降低沸腾换热的稳定性与可靠性.

磁稳流化床除尘装置的设计与验证

介绍了一种磁稳流化床除尘装置的设计方法 ,特别就装置关键部件的设计重点做了说明 ;同时对影响该装置除尘效率的主要因素进行了实验验证 ,实验结果表明 ,保持除尘装置处于磁稳状态是获得高效除尘的关键 ;床层高度。

提高能源与动力类专业课程教学质量的思考与举措

教师和学生是专业课程教学活动的两个主体,贯穿教学活动的全过程。为提高能源与动力类专业课程的教学质量,基于教学活动的两个主体,从专业认识和兴趣培养、因材施教和专业创新能力培养、现代与传统教学方法的传承与改革、教学质量监控与评价等多个层面作出思考与讨论。在具体落实各项举措时,通过强化教师与学生的主体意识,明确主体行为内容和规范,管控教学活动的各个环节,提升专业课程教学质量。