纳米液滴撞击高温平板壁的分子动力学模拟

采用分子动力学的方法对纳米液滴撞击高温平板壁面产生的Leidenfrost现象进行了探究,分析了液滴撞击不同温度壁面对Leidenfrost现象的影响.结果表明,随着壁面温度的提升,液滴蒸发的速度更快,脱离壁面的时刻越早,脱离壁面时的速度也越大,最终悬浮时液滴体积也越大.通过分析脱离壁面前一时刻液滴内部的密度、温度分布发现,由于高温壁面具有更高的热通量致使蒸发过程更快进而产生更厚的蒸气层,该蒸气层将阻碍换热,使得液滴在壁面温度更高时液滴内部的平均温度越低,且平均密度越小.

横管降膜低温多效蒸发海水淡化系统的优化设计

随着横管降膜蒸发技术在低温多效蒸发海水淡化系统中的应用和推广,低温多效蒸发海水淡化技术以其传热系数高、热耗量小、要求供热的温位低等优点成为未来第二代海水淡化技术的主流技术。本文开展了横管降膜低温多效蒸发海水淡化系统的优化设计,比较了不同流程下低温多效蒸发海水淡化系统的热力特性,串并结合流程以其传热面积小、设备制造成本低、造水比最大等优点成为最佳选择。基于此,对6效低温多效蒸发海水淡化系统进行了优化设计,得出在4+2,3+3和2+2+2三种串并结合设计模式中,4+2模式会产生最优的设计结果。

水平管降膜蒸发器传热系数空间分布

为了得到水平管降膜蒸发器传热系数,建立了水平管降膜蒸发传热实验台。通过对实验结果的归纳,分析了水平管降膜蒸发器总传热系数随顶排管喷淋密度、蒸发温度的变化规律,并给出了总传热系数在水平管降膜蒸发器内部空间的分布。结果表明,总传热系数随喷淋密度、蒸发温度的增大而增大。在空间分布上,传热系数沿管长方向受凝结过程的影响前5m先增大,后3m逐渐减小;在垂直方向由上向下逐渐减小。另外传热系数随管排数的增加而降低,并且当喷淋密度较小时,总传热系数下降的趋势更明显。

水平管降膜蒸发传热系数影响因素的实验研究

搭建水平管降膜蒸发实验台,分别进行实验流体为海水和纯水的实验,将其结果在不同热流密度、雷诺数(Re)、蒸发温度等条件下进行比较。研究结果表明,在小温差和较低雷诺数下,热流密度对水平管降膜蒸发传热系数基本无影响;两种流体的传热系数均随雷诺数的增大而出现先增后减的趋势;随蒸发温度的升高,海水的传热系数逐渐降低,淡水则逐渐升高;两种流体具有不同的水平管降膜蒸发临界雷诺数。

真空条件下蒸汽横掠水平降膜管束的流动阻力

建立了蒸汽横掠带有液体降膜流动的水平管束流动阻力实验台,对影响流动阻力的因素与规律进行了实验研究。实验在绝对压力为12～31kPa的真空条件下进行,对应的水蒸气饱和温度为50～70℃,模拟了大型海水淡化装置中水平管降膜蒸发器的流动过程。实验结果显示,蒸汽掠过带有降膜流动的水平管束的压降远大于蒸汽横掠水平管束的流动阻力,流动阻力系数不仅与蒸汽流动Reynolds数有关,还与液体在水平管上降膜流动的Reynolds数有很大关联。提出了正三角形排列管束的蒸汽横掠降膜流动管束的阻力关系式。

转角正方形管束有降膜流动时的压降实验

为了深入研究大型海水淡化装置中流动阻力对装置性能的影响,建立了大型水平管束降膜流动特性实验台,模拟了水平管降膜蒸发器内蒸汽的流动过程,分析了饱和蒸汽温度和喷淋密度对管束流动阻力的影响.引入新的参数(喷淋雷诺数)对实验数据进行了拟合,得出蒸汽横掠有降膜流动的转角正方形管束的压降系数公式.结果表明:在相同的蒸汽质量流量和喷淋密度下,压降随饱和蒸汽温度的升高而降低;压差预测值与实验值的误差小于±15%.

水平管降膜蒸发器温度损失的计算与分析

为了研究降膜蒸发管束阻力造成的压降及其对传热的影响,以降膜蒸发器内广泛应用的正三角排列管束为物理模型,采用由实验数据拟合出来的压降系数,计算了压降对应的温度损失,分析了蒸汽产率、饱和温度、管列数和喷淋密度对蒸发温度损失的影响。结果表明:温度损失随喷淋密度、管列数和蒸汽产率的增加而升高,随饱和温度的升高而减小;在相同的蒸汽质量流量下,45℃蒸汽的温度损失是70℃时的6倍,而喷淋密度为0.08kg/(m·s)时的温度损失约是0.02kg/(m·s)时的2倍;大型降膜蒸发器内管束区内的温度损失随管列数的增加呈现抛物线型升高。为保证各效蒸发器的传热效率,提出每一效蒸发器温度损失都相等的等温度损失设计思想,其对低温多效蒸发器的设计具有指导意义。

低压蒸汽横掠水平降膜管束流动阻力实验研究

采用模拟方法对海水淡化装置中大型水平管降膜蒸发器内的流动过程进行实验研究．管束采用海水淡化装置中广泛应用的正三角形和转角正方形排列，其管间距为1．3倍管外径．实验在饱和温度为50～70℃，喷淋密度为0．02～0．08kg·m^-1·s^-1的条件下进行．分析了管束排列方式、喷淋密度和饱和温度等因素对流动阻力的影响．实验结果表明，流动阻力在正三角形管束下比在转角正方形管束下大得多．引入Re1、Reg、sa／D、str／D等参数来表征各个影响因素并用来拟合有降膜流动时蒸汽横掠管束的压降预测公式．新拟合的公式误差在±15％以内．

水平管内分层湿润角与周向传热分布

实验研究了不同当地蒸汽质量流速Gs和凝结液质量流速下,水平管内凝结液湿润角和管圆周方向传热系数的变化规律。研究发现,在一定蒸汽入口流量下,随着凝结速的增加,湿润角增加速度先快后慢,然后在低蒸汽流量下又变快;形成波状分层流时所需的Gs随着凝结液质量流速的增加而增加;波状分层流时,凝结液侧的传热系数平滑的变化到蒸汽侧传热系数。

水平管外海水降膜蒸发传热特殊现象分析

以低温多效蒸发海水淡化装置中的水平管降膜蒸发过程为研究对象,对海水水平管降膜蒸发的传热系数在不同蒸发温度、雷诺数(Re)等条件下沿圆周角方向的分布特征进行了实验研究.研究结果表明:海水作为实验流体时,传热系数随蒸发温度的升高而降低,随Re的增大而呈现先升高,达到最大值后略微降低的趋势,随圆周角的增大而先减小后增大.

水平管外液膜液滴作用下的蒸汽流动特性

为研究水平管外液体和气体相互作用下的两相流动特性,选择蒸发器中广泛应用的转角正方形排列管束为物理模型,采用流体体积函数(VOF)方法追踪气液界面,提出液体在管间以液滴形式存在的模型假设,结合管间空隙率数据来初始化水平管外液膜厚度和液滴直径,模拟蒸汽在管外液膜和管间液滴作用下的流动过程,分析气液两相的压力场和速度场.结果表明:小喷淋密度下,进出口压降计算值和实验吻合良好;在计算域内,下部区域压力值高于上部区域,且最小压力分布在液滴附近的右下侧区域;压力分布的不均会造成液滴在下落过程中的变形.

水平管内凝结液液位角

建立了长水平管真空条件下蒸汽凝结实验台,观测了蒸汽在水平管内凝结过程的入口质量流率、凝结液含量和饱和温度对凝结液液位角变化的影响,归纳了液位角计算关系式。研究发现,较低蒸汽流量下,液位角随凝结液含量的增加呈波动增加;较高蒸汽流量下,受气流影响,液位角减小,液位角边缘模糊;在同样蒸汽流率条件下,饱和温度升高即压力升高,液位角会有所增加。给出的液位角关系式可用于计算水平管内凝结液液位和液位角。

船用竖管升膜蒸发海水淡化系统热力性能分析

提出一种船用多效竖管升膜蒸发海水淡化系统;构建热力过程数学模型,考虑海水沸点升高和蒸汽阻力压降等引起的传热温差损失;采用对比研究的方式,计算分析相同淡水产量下,有无热力蒸汽压缩时,首效加热蒸汽温度、末效蒸发温度、浓缩比对系统造水比、比传热面积、比冷凝水量等热力性能的影响。结果表明:竖管升膜蒸发海水淡化系统具有大温差传热的特征,设计、运行应控制最小有效传热温差,首效加热蒸汽温度可提升至80℃左右;首效加热蒸汽温度和末效蒸发温度对比传热面积影响较大;浓缩比有设计最优值;热力蒸汽压缩对系统性能有明显提升。

基于CFD的汽车水泵优化设计

针对某增压直喷发动机冷却系统中水泵效率过低的问题,应用一维及三维CFD方法进行优化分析.首先根据发动机最大热负荷下冷却系统带走的热量,确定水泵的流量需求;其次采用一维CFD软件Flowmaster对该发动机冷却系统进行分析,确定水泵的扬程需求;然后根据流量及扬程需求,对水泵进行详细设计,其中叶轮设计方式为闭式离心叶轮,且叶片前缘向压力面倾斜,蜗壳设计方式为梯形截面的扩张通道;最后采用三维CFD软件Fluent对设计的叶轮及蜗壳进行计算,对设计方案进行优化.计算结果表明,CFD计算值与试验值吻合,误差小于5%;优化后水泵在设计工况下满足设计需求,总效率较原水泵提高了26%;抗气蚀性能增强,必须汽蚀余量NPSHR降低0.4m.流场分析表明,新水泵较原水泵压力分布更均匀;新水泵消除了原蜗壳内的低速旋涡,使能量损失减少,能量转换效率大幅提高.

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性的实验研究

对换热长度为3.4 m、内径为38 mm的真空水平管内的蒸汽凝结流动换热特性进行了实验研究。分析了蒸汽质量流率小于9 kg/(m^(2)·s),蒸汽饱和温度为50、60和70℃,换热温差为3~7℃时对凝结过程的影响。通过对分层流动冷凝换热机理分析,建立了热分区角计算模型。实验结果表明,热分区角随着质量流率的增加而增加,随着传热温差的增大而增大;饱和温度对管内凝结的局部传热系数和热分区角影响较小。通过以热分区角为分区界限,建立了局部传热系数经验关联式,在预测实验工况下,对于管顶部膜状冷凝区,预测精度在±25%以内;对于管底部冷凝液对流换热区,预测精度在+25%~-35%。

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性实验研究

在内径为38 mm、长度为3.4 m的水平管中,测量了饱和温度为50、60、70℃,质量流率小于8 kg/(m^(2)·s)的饱和蒸汽的局部冷凝传热参数.在凝结过程中,由于重力的作用,管内上下部分存在两种换热模式.上部是膜状凝结换热区,下部是凝结液对流换热区.实验结果表明,随着管内入口饱和蒸汽和冷却水温差的增大,蒸汽在光滑管段内换热量增加,冷凝液增多,管段底部凝结液聚集区局部温度降低较大.随着总传热温差的增大,管壁顶部膜状凝结换热区传热系数降低,而管壁底部凝结液对流换热区变化较小.

基于欧拉壁面液膜模型的管内蒸汽冷凝流动和液膜特性的数值模拟研究

采用ANSYS FLUENT软件建立了基于欧拉壁面液膜模型的光滑管内蒸汽冷凝流动过程的三维数学模型。模拟管长为500 mm,内径为38 mm。模拟工况为入口蒸汽饱和温度分别为70℃,总传热温差为5℃和7℃,入口蒸汽速度为1420 m/s。模拟结果表明,液膜厚度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜厚度在管顶部先增大后趋于稳定,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜厚度。液膜流动速度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜流动速度在管顶部先增大后缓慢降低,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜流动速度。

蒸汽滴状冷凝演变和液滴生长方式的研究

蒸汽的滴状冷凝进程中,液滴生长包括冷凝生长与合并生长。液滴生长作为影响滴状冷凝演变的关键行为,其研究有助于深入理解滴状冷凝演变机制和换热机理。本文基于滴状冷凝全过程的数值模拟,针对不同凝结核密度下的滴状冷凝演变和液滴生长方式开展研究。模拟中采用Cassie模型对液滴的冷凝生长进行描述,耦合邻近搜索算法和守恒定律对液滴的合并生长过程进行模拟。经实验结果和理论模型验证,本文模拟方法具有较高的可靠性。结果表明:最大液滴尺寸主要来源于合并生长,其增速是衡量滴状冷凝演变速度的表征;随着凝结核密度的升高,演变速度呈线性提高,换热能力先增后减;高合并频率的表面能有效提高合并生长对最大液滴尺寸的贡献比例。

1-1型三元乙酸盐水溶液体系的电导率实验

工作溶液的电导特性对盐差能驱动的逆电渗析电池堆性能影响显著。建立电导率测试装置,在变溶液浓度和温度条件下,测试了KAc-AgAc-H_(2)O、LiAc-AgAc-H_(2)O、NaAc-AgAc-H_(2)O和NaAc-SDBS-H_(2)O四组三元溶液体系的电导率。结果显示:在10~60℃内,乙酸盐溶液电导率均随溶液浓度和温度的增加而增加,平均提升率近20%/10℃;而在相同溶液浓度和温度下,电导率排序由大至小为κ(KAc-AgAc-H_(2)O)>κ(NaAc-AgAc-H_(2)O)>κ(LiAc-AgAc-H_(2)O);实验发现当乙酸纳水溶液中4%的溶质被SDBS替换,则溶液体系的电导率能被有效提升,但添加同样质量分数的AgAc,却未能促成电导率的增大。最后利用高斯振幅方程关联所测乙酸盐溶液体系的电导率。

双液滴连续倾斜撞击液膜界面演变特性的研究

本文采用CLSVOF方法对双液滴连续倾斜撞击薄液膜的过程进行了三维数值模拟,分析了撞击过程中界面演变的多种特征,包括一次水花和二次水花的形成、碰撞、融合和伸展,弹坑的形成、扩展和局部失稳。结果表明,界面演变过程中,气体空腔,液嵴和气谷等一些特殊形态特征会出现。此外,文中总结了弹坑在研究时间范围内的轮廓演变特征,定量分析了上游、下游和侧向三个方向上弹坑半径最大值随时间的变化,发现了液体动能在周向方向的分布规律。此研究对于喷雾冷却、冶金冶炼和航空航天等工业生产应用与升级有重要意义。