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抗加速度双切线弧流道内气泡动力学行为数值与可视化研究
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作者 唐昊 胡定华 +2 位作者 李强 张轩畅 韩俊杰 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期3074-3082,共9页
机载电子设备的散热系统设计对飞行器的长航时安全运行具有重要意义。设计了抗加速度的双切线弧流道,针对流道内的气泡动力学行为,开展了基于VOF多相流模型的数值分析与基于高速相机的可视化研究。仿真分析表明,相比于直流道,双切线弧... 机载电子设备的散热系统设计对飞行器的长航时安全运行具有重要意义。设计了抗加速度的双切线弧流道,针对流道内的气泡动力学行为,开展了基于VOF多相流模型的数值分析与基于高速相机的可视化研究。仿真分析表明,相比于直流道,双切线弧流道中的气泡在流经弯管时,由于离心力的作用,会破裂成小气泡并被甩到远离加热面的位置,使得气液分离。30°双切线弧流道分离能力最弱,但残留在壁面的气泡最少;60°双切线弧流道分离能力最强,但壁面处气泡不易流动。对45°双切线弧流道进行了可视化实验研究,可视化结果与仿真分析一致。仿真计算表明,当流速为1 m/s时,45°双切线弧流道可以有效抵抗5g的加速度。 展开更多
关键词 气泡 离心分离 两相流 流体动力学 可视化
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Al2O3纳米流体液滴蒸发特性的数值模拟研究 被引量:5
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作者 金铭 胡定华 +1 位作者 李强 范德松 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期4199-4206,共8页
纳米流体液滴蒸发现象在电子设备冷却、喷墨打印以及医学检测等领域都有广泛应用。为了研究水基Al2O3纳米流体液滴的蒸发特性,建立了纳米流体液滴蒸发的二维瞬态模型,考虑了纳米颗粒输运行为以及液滴内部流动的影响,并采用任意拉格朗日... 纳米流体液滴蒸发现象在电子设备冷却、喷墨打印以及医学检测等领域都有广泛应用。为了研究水基Al2O3纳米流体液滴的蒸发特性,建立了纳米流体液滴蒸发的二维瞬态模型,考虑了纳米颗粒输运行为以及液滴内部流动的影响,并采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)捕捉气液运动界面。基于所建立的模型,分析了水基Al2O3纳米流体液滴内部Marangoni流、纳米颗粒初始浓度以及基板温度对纳米流体液滴蒸发特性的影响规律。结果表明,液滴内部Marangoni流会影响气液界面温度分布和蒸发速率。由于液滴内部纳米颗粒浓度分布和气液界面温度发生变化,纳米流体液滴的蒸发速率随着纳米颗粒初始浓度和基板温度升高而增加。 展开更多
关键词 纳米流体 氧化铝 蒸发 数值模拟 颗粒浓度
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基于泡沫铜骨架高导热复合相变储热材料的热性能研究 被引量:1
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作者 林伯 句子涵 +1 位作者 胡定华 李强 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期29-33,共5页
八水氢氧化钡(Ba(OH)_(2)·8H_(2)O)是低温相变材料(0~200℃)中相变潜热最高的相变材料,但因为其稳定性差、导热系数低,限制了它在相变储热领域进一步发展。在八水氢氧化钡中添加纳米氧化铜与羟乙基纤维素制得了改性八水氢氧化钡,... 八水氢氧化钡(Ba(OH)_(2)·8H_(2)O)是低温相变材料(0~200℃)中相变潜热最高的相变材料,但因为其稳定性差、导热系数低,限制了它在相变储热领域进一步发展。在八水氢氧化钡中添加纳米氧化铜与羟乙基纤维素制得了改性八水氢氧化钡,并在此基础上将改性八水氢氧化钡填充进泡沫铜中制得泡沫铜/改性八水氢氧化钡定型复合相变材料。实验研究发现,加入0.2%(质量分数)纳米氧化铜、0.5%(质量分数)羟乙基纤维素时,改性八水氢氧化钡热性能最好,过冷度为0.5℃,无相分离现象,对比纯八水氢氧化钡相变潜热仅下降3.6%。改性八水氢氧化钡/泡沫铜复合相变材料导热系数为12.4 W/(m·K),是纯八水氢氧化钡导热系数的10.3倍,此定型复合相变材料兼具良好的稳定性与高导热性能。 展开更多
关键词 复合相变材料 八水氢氧化钡 相变潜热 导热系数
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纳米流体液滴瞬态蒸发速率影响因素实验研究 被引量:1
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作者 胡均宜 胡定华 +1 位作者 金铭 刘锦辉 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期230-236,共7页
为了提升喷雾冷却等液滴蒸发应用过程的瞬态蒸发速率,该文探究纳米颗粒的加入对液滴瞬态蒸发特性的影响规律。通过可视化实验研究了水基CuO、Al_(2)O_(3)纳米流体液滴在加热铜基板上的瞬态蒸发速率,测量了液滴蒸发过程中接触角、接触半... 为了提升喷雾冷却等液滴蒸发应用过程的瞬态蒸发速率,该文探究纳米颗粒的加入对液滴瞬态蒸发特性的影响规律。通过可视化实验研究了水基CuO、Al_(2)O_(3)纳米流体液滴在加热铜基板上的瞬态蒸发速率,测量了液滴蒸发过程中接触角、接触半径等形态参数随时间变化关系,并分析了纳米颗粒质量分数、基板加热温度对纳米流体液滴瞬态蒸发速率的影响规律。实验结果表明:纳米颗粒的加入有利于提升液滴蒸发速率,当基板温度为45℃时,与纯水液滴瞬态蒸发速率单调递减规律不同,2%质量分数的纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间呈现先降低后升高的变化规律;在较高基板温度(60℃、75℃)时,纳米颗粒对液滴瞬态蒸发速率提升作用并不是随着颗粒浓度的增加而一直增加。实验发现1%质量分数纳米流体液滴蒸发速率要高于0.1%与2%质量分数液滴。 展开更多
关键词 蒸发 纳米流体液滴 瞬态蒸发速率 颗粒质量分数
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轴对称通道内超临界水对流换热数值模拟 被引量:4
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作者 王凌珑 胡定华 吕续舰 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期337-344,共8页
为了研究高性能轻水堆堆芯冷却通道内超临界工质流动与换热特性,采用Fluent软件对竖直上升环形通道内超临界水与管壁间的换热过程进行数值模拟研究。通过计算结果与实验结果的对比,评估了不同网格数量、壁面第1层网格参考高度和湍流模... 为了研究高性能轻水堆堆芯冷却通道内超临界工质流动与换热特性,采用Fluent软件对竖直上升环形通道内超临界水与管壁间的换热过程进行数值模拟研究。通过计算结果与实验结果的对比,评估了不同网格数量、壁面第1层网格参考高度和湍流模型对数值模拟准确性的影响。对5个不同湍流模型进行对比计算。针对3种热流密度进行堆芯流动换热计算。模拟结果表明:随着网格数量的增加和壁面第1层网格参考高度的降低,预测准确度逐渐提高,但当壁面第1层网格参考高度小于0.07后,预测准确度与其无关;与其他湍流模型相比较,标准k-ω模型和剪切压力传输(SST)k-ω模型都能预测传热恶化现象,SSTk-ω模型较标准k-ω模型计算结果更为准确;近壁面区域物性的剧烈变化是引起传热强化及传热恶化的主要原因。 展开更多
关键词 轴对称通道 超临界水 轻水堆 热流密度 传热强化 传热恶化
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基于球堆叠的月壤蓄热器传热特性数值研究
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作者 李蒙蒙 胡定华 李强 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期37-44,共8页
月壤蓄热是月球原位资源利用的一种重要方式,也是解决未来月球基地能源需求的最具潜力的途径之一。针对月壤蓄热过程,建立了基于球形堆叠的月壤蓄热器多孔介质蓄热模型。蓄热器的壳体采用登月舱下降级的燃料罐,流体传热介质采用氦气。... 月壤蓄热是月球原位资源利用的一种重要方式,也是解决未来月球基地能源需求的最具潜力的途径之一。针对月壤蓄热过程,建立了基于球形堆叠的月壤蓄热器多孔介质蓄热模型。蓄热器的壳体采用登月舱下降级的燃料罐,流体传热介质采用氦气。通过数值模拟的方法研究了不同流动压降下月壤蓄热球堆叠方式、球直径对蓄热器传热过程的影响规律和机理,并分析了蓄热动态过程。研究结果表明,月壤蓄热球在简单立方体均匀堆叠(SC)和面中心立方体均匀堆叠(FCC)两种方式下,SC堆叠方式的综合蓄热指数比FCC模式可提高30.2%;同时还发现月壤蓄热球的直径存在最优值,可使得蓄热器在单位泵功下获得最大的蓄热量,并且该最佳值随着流体进出口压差增加而减小。该研究可为未来月壤蓄热器的设计和优化提供理论指导。 展开更多
关键词 月壤 蓄热器 多孔介质 数值模拟 球堆叠 传热特性
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氧化铝纳米流体液滴瞬态蒸发速率的演化特性分析
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作者 李钰璨 胡定华 刘锦辉 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期3493-3501,共9页
以氧化铝纳米流体液滴为研究对象,本文建立了基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)法的液滴蒸发瞬态模型,对液滴蒸发过程中蒸汽浓度、纳米颗粒浓度、温度等进行多物理场耦合,并考虑了Marangoni流对液滴蒸发的影响,同时研究还结合蒸发实验可视化结... 以氧化铝纳米流体液滴为研究对象,本文建立了基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)法的液滴蒸发瞬态模型,对液滴蒸发过程中蒸汽浓度、纳米颗粒浓度、温度等进行多物理场耦合,并考虑了Marangoni流对液滴蒸发的影响,同时研究还结合蒸发实验可视化结果,分析了氧化铝纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间的演化规律,讨论了颗粒体积分数和基板温度对蒸发模式的影响。结果表明,在液滴蒸发过程开始时,纳米流体液滴保持定接触半径蒸发模式,气液界面面积逐渐减小,瞬态蒸发速率也呈逐渐减小的趋势;当颗粒体积分数增大至26%时,瞬态蒸发速率曲线达到驻点;蒸发接近完全时,由于Marangoni流影响了内部流场、强化了内部传热,且液滴在已沉积在基板上的颗粒表面形成液膜,瞬态蒸发速率迅速增大。 展开更多
关键词 蒸发 数值模拟 传热 纳米流体 液滴
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液滴撞击振动壁面传热特性影响的数值研究
8
作者 胡定华 朱劭恺 +1 位作者 于坤洋 李强 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2466-2474,共9页
随着车载、机载等交通输运系统电子设备散热需求的不断提高,喷雾冷却的应用领域逐渐增加、应用环境逐渐复杂,确定振动对喷雾冷却传热过程的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型,建立了液滴撞击垂直振动壁面的数值模型,研究了壁面... 随着车载、机载等交通输运系统电子设备散热需求的不断提高,喷雾冷却的应用领域逐渐增加、应用环境逐渐复杂,确定振动对喷雾冷却传热过程的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型,建立了液滴撞击垂直振动壁面的数值模型,研究了壁面振动速度变化形式和振动参数变化对传热过程的影响。结果表明:对于方波、余弦波和三角波三种不同振动速度变化形式,在相同最大速度和周期下,壁面速度余弦波变化在最大速度较小时液滴有最高的传热能力;随着振幅和频率的增加,壁面振动先后通过改变接触面积和接触时间影响传热;振幅和频率较小时,壁面振动对传热有抑制作用,随振幅和频率的增大传热逐渐增强,频率过大时,虽然撞击点处温度降低但总传热能力减小。 展开更多
关键词 液滴撞击 壁面振动 传热 数值模拟
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A Novel Asymmetric Check Microvalve for Suppressing Flow Boiling Instability in Microchannels
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作者 ZHOU Fan ZHAO Yang +2 位作者 YIN Ershuai hu dinghua LI Qiang 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期2336-2347,共12页
Flow boiling in microchannels has attracted wide attention due to its excellent heat transfer capability,but flow boiling instability is a huge challenge limiting its application.Instability can lead to a series of pr... Flow boiling in microchannels has attracted wide attention due to its excellent heat transfer capability,but flow boiling instability is a huge challenge limiting its application.Instability can lead to a series of problems,such as uneven flow distribution,temperature and pressure drop oscillations.This work proposes a novel asymmetric check microvalve(ACMV)structure,exhibiting high ratio of resistance between the reverse and forward flow.The results show the reverse pressure drop of the ACMV structure is 2.06 times that of the forward pressure drop,and the forward flow resistance of the ACMV structure is 16%smaller than that of the conventional inlet restrictor.In addition,bubble dynamics of an isolated bubble in the generated channel under dual outlet condition was numerically investigated.It is found that the bubble grows symmetrically in the rectangular channel upstream and downstream.The distance of bubble movement downstream in the microchannel with ACMV is three times that of the microchannel with inlet restrictor.The microchannel with ACMV can suppress the backflow of isolated bubble better than microchannel with inlet restrictor.Moreover,the growth of the bubble downstream extends the effective evaporation domain,which contributes to the enhanced bubble growth rate.The ACMV is expected to be a potential replacement for the conventional inlet restrictor,which provides a novel and efficient solution for future heat dissipation from high power devices. 展开更多
关键词 flow boiling instability topology optimization MICROCHANNEL bubble dynamics
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固液相变沉降特性对储热性能影响的实验研究 被引量:2
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作者 胡定华 林肯 +1 位作者 李强 句子涵 《工程热物理学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第10期2861-2865,共5页
固液相变储热过程中,未相变的固态储热材料可能在密度差作用下向已相变的液态储热材料作沉降运动,这一沉降运动可能对储热性能产生显著影响。通过对石蜡的相变储热过程进行实验研究,分析了石蜡固液相变过程中的沉降特性,并对比了不同加... 固液相变储热过程中,未相变的固态储热材料可能在密度差作用下向已相变的液态储热材料作沉降运动,这一沉降运动可能对储热性能产生显著影响。通过对石蜡的相变储热过程进行实验研究,分析了石蜡固液相变过程中的沉降特性,并对比了不同加热功率及不同沉降深度下石蜡中的固液相变沉降现象。研究结果表明,固液相变沉降过程可促进储热过程;在不同储热功率下,固态相变储热材料的沉降起点总具有相近的储热量;固态相变储热材料在沉降过程中保持了恒定沉降速度;其沉降过程通常终止于固态相变储热材料沉降至储热装置底部,或储热材料沉降过程与熔化过程达到平衡。 展开更多
关键词 相变 储热 石蜡 密度差
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振动对液滴撞击壁面铺展特性的影响 被引量:1
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作者 朱劭恺 胡定华 李强 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第16期53-64,共12页
在航空航天领域的喷雾冷却过程中,被冷却器件时常处于振动状态,因此确定振动对喷雾冷却液滴撞击壁面动态行为的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型建立了液滴撞击垂直简谐振动壁面的数值模型,研究了壁面振幅、频率和初始相位角对... 在航空航天领域的喷雾冷却过程中,被冷却器件时常处于振动状态,因此确定振动对喷雾冷却液滴撞击壁面动态行为的影响有重要意义。基于VOF方法和动网格模型建立了液滴撞击垂直简谐振动壁面的数值模型,研究了壁面振幅、频率和初始相位角对铺展特性的影响。结果表明,相同撞击条件下,壁面振动不仅影响着最大铺展因子和铺展时间的大小,还会使液膜发生断裂抑制和飞溅行为;初始相位角为0°时,铺展时间随振幅和频率的增加而减小;最大铺展因子随振幅的增加一直增加,振幅较小时,最大铺展因子随频率的增加先增加后减小,在共振频率处取得最大值且减小程度随振幅的增大逐渐降低,振幅较大时,最大铺展因子随频率的增加变为一直增加;铺展时间和最大铺展因子随初始相位角的变化趋势主要与频率有关,频率较小时,初始相位角对铺展时间和最大铺展因子无明显影响,随着频率的增加,铺展时间先后在180°和90°相位最大,最大铺展因子先后在0°和180°相位最大。 展开更多
关键词 液滴撞击 壁面振动 铺展特性 动态行为 铺展因子
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Numerical study on flow and heat transfer characteristics of microchannel designed using topological optimizations method 被引量:6
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作者 hu dinghua ZHANG ZhiWei LI Qiang 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第1期105-115,共11页
Microchannel has demonstrated advantages in the thermal management of integrated chip. In this study, the topology optimization method is applied for designing a topological microchannel to optimize the performances o... Microchannel has demonstrated advantages in the thermal management of integrated chip. In this study, the topology optimization method is applied for designing a topological microchannel to optimize the performances of both heat dissipation and pressure drop. To validate the performance of the topological structure, the flow and heat transfer characteristics of topological microchannel under non-uniform heating flux are numerically studied. The topological structure is designed to cool a heating area of 10 mm×10 mm with 4 hotspots. Heat flux is 40 W/cm^2 in the hotspot area, while it is only 15 W/cm^2 in the rest heating area. The results of heat dissipation performance and pressure drop are compared with those of conventional straight microchannel. Numerical result shows that, compared to the straight microchannel, the hotspot temperature and pressure drop of topological microchannel can be reduced by 4 and 0.6 k Pa, respectively, under the flow rate of 2.2×10^-4 kg/s. The coefficient of performance(COP) of topological microchannel can be 16.1% better than that of straight microchannel, which can be attributed to the effects of optimized bifurcation and confluence structural of topological microchannel. 展开更多
关键词 topology optimization MICROCHANNEL heat dissipation pressure drop HOTSPOT
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Visualization study on atomization characteristics and heat transfer performance of R1336mzz flash spray cooling 被引量:1
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作者 ZHANG ZhiWei hu dinghua +2 位作者 LI Qiang LIU Chao ZHOU Fan 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第10期2099-2109,共11页
Visualization experiments are carried out to investigate the atomization characteristics of R1336mzz flash spray cooling.The influences of superheat,spray distance,and nozzle orifice diameter on spray cooling performa... Visualization experiments are carried out to investigate the atomization characteristics of R1336mzz flash spray cooling.The influences of superheat,spray distance,and nozzle orifice diameter on spray cooling performance are analyzed experimentally.As the superheat increases,finer droplets and thinner liquid film are observed;this is helpful to improve the two-phase heat transfer efficiency.Enlarging atomization angle under high superheat is also observed for flash spray cooling,and it benefits for reducing the spray distance.It can be found that when the inlet superheat is 19.8℃ and the spray distance is 6 mm,the critical heat flux(CHF)reaches 251 W/cm^(2) and the maximum heat transfer coefficient(HTC)reaches 37.4 kW/(m^(2)℃),which are 55%and 11.6%higher than those when the inlet subcooling is 6.9℃ and the spray distance is 12 mm,respectively.Using flash spray reduces the spray distance,which benefits for designing compact spray cooling device.In addition,the nozzle orifice diameter has great influence on the cooling performance of flash spray,and the choice of the nozzle depends on the superheat.This study provides a physical insight into the heat transfer enhancement in flash spray cooling. 展开更多
关键词 flash spray cooling SUPERHEAT spray distance nozzle diameter R1336mzz critical heat flux
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High-efficiency magnetophoretic separation based on synergy of magnetic force field and flow field in microchannels 被引量:1
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作者 WU XinYu WU huiYing hu dinghua 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2011年第12期3311-3319,共9页
Magnetophoresis is one of the most important separation methods in biological and chemical engineering. In this paper,a novel impact parameter on separation efficiency,i.e.,the angle between the vectors of magnetic fo... Magnetophoresis is one of the most important separation methods in biological and chemical engineering. In this paper,a novel impact parameter on separation efficiency,i.e.,the angle between the vectors of magnetic force and fluid velocity,was derived from the basic equation describing the motion of magnetic beads in microchannels. It is proposed that one of the most important approaches for separation efficiency enhancement is to improve the coordination of magnetic force field and fluid flow field. A T-shaped microchannel magnetophoretic separator was designed based on the angle. And then a two-dimensional dynamic model of magnetic beads moving in microchannels was established to study the separation efficiency of T-shaped microseparator by combined use of finite element method and Runge-Kutta method. The results show that the capture effi-ciency of T-shaped microseparator is much higher than that of the straight microseparator at the same conditions. For small magnetic beads at high fluid velocities,the designed T-shaped microseparator could still keep high separation efficiency whereas the conventional straight microseparator fails to separate the magnetic beads. Further analysis shows that the mechanism of separation efficiency enhancement lies in the synergy of magnetic force field and flow field,which directly leads to large deflected velocity of the magnetic beads from the main stream,and thus increasing the separation efficiency. It is anticipated that the results in this paper are theoretically helpful for the optimum design of highly efficient magnetophoretic separators. 展开更多
关键词 magnetophoretic separation T-shaped microchannel field synergy separation efficiency
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