老化效应对涂层表面池沸腾传热性能的影响

压力容器外部冷却(ERVC)是第三代压水堆核电站严重事故缓解策略的关键技术,其表面临界热流密度(CHF)决定了压力容器的完整性。为探究压力容器真实材料SA508钢表面老化对涂层表面CHF特性的影响,开展了SA508钢光表面和基于SA508钢的TC4钛合金多孔涂层表面在不同老化状态下的沸腾换热特性实验研究。结果表明:SA508钢光表面在水中会快速氧化,随着老化的加深,其CHF呈上升趋势,上升幅度在20%以内;CHF增强的原因在于SA508钢氧化生成了能改善表面润湿性的Fe3O4磁性微纳米颗粒层。随着氧化的加深,TC4涂层表面由超亲水特性变为疏水特性,基体SA508钢生成的氧化物易堵塞涂层孔隙,CHF呈恶化趋势。

橘皮油微胶囊制备及其产品质量评价

橘皮油的易挥发、易氧化等特点使其难以长期保存。为了延长橘皮油的保质期并丰富其应用范围,本文利用微胶囊技术,以麦芽糊精和阿拉伯胶为复配壁材,分别采用喷雾干燥法和冷冻干燥法对橘皮油进行包埋,并对所得产品进行质量评价。喷雾干燥的最佳工艺参数为:进风温度194℃、进料速度90.2mL/min和料液固含量34.7%。冷冻干燥的工艺参数为冷冻温度-30℃、干燥室压力30Pa和干燥室温度30℃。在此工艺条件下,喷雾干燥法和冷冻干燥法制备的橘皮油微胶囊包埋率分别为90.17%和82.48%。喷雾干燥产品呈规则球形、质感细腻并且囊壁致密,而冷冻干燥产品呈不规则的薄片状,但水分含量较低并且流动性好。2种干燥产品都具有一定的耐热能力,可以减少芯材在贮存和使用过程中的受热损失。综合比较,喷雾干燥法比冷冻干燥法更适合应用于制备橘皮油微胶囊产品。

朝下多尺度沟槽翅片结构表面沸腾换热实验研究

压力容器外部冷却(ERVC)技术作为实现核反应堆堆内熔融物滞留(IVR)的技术手段,存在实现更高换热速率的需求。采用可旋转朝下平板换热表面模拟ERVC过程中下封头局部位置的沸腾状况,基于冷喷涂(CS)的增材制造(AM)技术在换热表面上制备出具有多尺度的沟槽翅片状强化换热结构。在常压饱和去离子水环境中,开展了临界沸腾换热实验,获得了沸腾曲线,并与裸表面结果进行了性能对比。研究结果表明多尺度结构表面不仅具备传统翅片结构的临界热通量(CHF)强化能力,CHF增幅60%以上,且具有更高的沸腾传热系数,体现了多尺度协同强化换热的正向效应。本结果可为CS-AM技术在强化沸腾换热技术领域,尤其是ERVC领域的应用提供重要依据。

朝下沟槽结构表面池沸腾换热

核电站熔融物堆内滞留技术是一项关键的严重事故应对策略,该策略已被核电站广泛采用。为增强核电站压力容器下封头外表面的沸腾换热能力,实验研究了常压下朝下沟槽结构表面的池沸腾换热,测量了倾角5°、30°、45°、60°和90°下热通量随壁面过热度的变化,获得了相应倾角下的临界热通量（CHF）。与光表面相比,朝下沟槽结构表面的CHF可提高65%~90%。实验观察发现,在高热通量下朝下沟槽结构表面气泡运动形态存在蒸汽膜和波浪蒸汽层两种结构。分析表明,沸腾换热显著增强、临界热通量大幅提高的原因是沟槽结构大幅增加了换热面积同时还明显改善了表面的润湿性。

池内水沸腾状态的声发射测量

采用声发射技术,结合频域和时域分析手段,研究了池内水沸腾过程中声信号变化与沸腾状态转变的对应关系。结果表明,当过热度为5℃时,沸腾由自然对流状态转变为核态沸腾状态,此时声信号能量、标准偏差和平均绝对偏差值均达到极值点;当过热度为30℃时,沸腾由核态沸腾状态转变为过渡沸腾状态,此时声信号能量、标准偏差和平均绝对偏差值开始出现剧烈的波动。与此同时,随过热度的增加,沸腾过程中声信号主频出现两次明显的阶跃性下降,分别对应于沸腾状态转变为核态沸腾和过渡沸腾。因此,声信号主频的阶跃性变化可作为沸腾状态转变的判据。与该领域的其他工作相比,不仅考察了自然对流状态和核态沸腾状态,还考察了核态沸腾向过渡沸腾的转变过程,同时提出了沸腾状态转变的判据。与传统方法相比,该法相对简单准确,具有灵敏度高、非侵入式、实时在线的优点。

液滴在热液相介质中上升汽化时的传热与传质

本文分析了液滴在不互溶的液相介质中上升汽化时的传热和传质,导出了数模,进行了数值求解,获知在泡滴与液相接触的汽液边界处温度下降和浓度升高,存在着溶液的过冷(或过饱和)边界层。实验结果与数模计算结果表明,该模型能够较好地预測液滴汽化的整体特性。

溴化锂溶液真空表面蒸发实验研究

以质量浓度为0—15％溴化锂溶液为“工质”，研究操作温度在40～70℃条件下溶液真空表面蒸发过程。实验结果表明：溴化锂溶液的蒸发速率随溶液浓度的增大而减小，但随溶液温度的升高而增大；该实验条件下获得的对流传热系数值在700～1400W·m-2·℃-1范围内，且随溶液浓度增大而显著减小。这主要是由于溶液浓度增大使得其粘度显著增加，导致热阻增大所致。

绝热闪蒸的快速计算和应用

通过热分析简化了绝热闪蒸的算法。将等温闪蒸的热量等于零作为目标值 ,用计算机求目标值的功能进行计算 ;以绝热闪蒸的汽化潜热来源于液体的显热为依据简化了热量计算。编制了快速计算绝热闪蒸的EXCEL电子表格 ,该表还可用于闪蒸的多种用途的计算 。

超临界CO_2清洗技术

介绍了超临界CO2清洗的工艺及其应用,分析了超临界CO2清洗在技术、经济及环保方面的特点。

CeO_(2)纳米燃油单液滴蒸发数值模拟研究

基于单液滴蒸发可视化试验,应用ANSYS FLUENT计算流体力学模拟软件,建立纳米燃油单液滴蒸发模型,探究纳米粒子质量浓度和粒径对燃油液滴蒸发过程中温度和燃油蒸气质量浓度的影响.结果表明,纳米燃油液滴中的纳米粒子质量浓度越高、粒径越小,燃油液滴的蒸发平衡温度越高,相同时间内的燃油蒸气气相体积分数越高.在环境温度573 K下,纳米燃油液滴从外界环境吸收热量使自身温度不断升高,在计算域内沿液滴表面向外延伸形成质量浓度边界层和温度边界层,促进液相向气相的转化.在蒸发初始阶段,蒸发速率较低,燃油蒸气气相体积分数较小;随着蒸发过程持续进行,由于纳米粒子增强传热传质的作用,液相组分蒸发汽化加快,液滴蒸发速率加快.

蒸发热与相对分子质量及正常沸点的经验规则

本文用Y=A·M+B·M/(C+tb)作为经验规则,关联了正烷烃等23种同系物的蒸发热与其相对分子质量和正常沸点。在各种同系物所取的范围内,均获得满意的精度。利用本规则外插,估算各同系物所取范围以外邻近化合物的蒸发热,误差也不大。

填料塔中二液相并流蒸发过程的实验研究

以异丁烷和水作为换热工质,对其在填料塔内直接接触蒸发换热过程进行了研究。2种工质都以液态形式从填料塔顶部进入,在填料表面并流换热,异丁烷吸热之后气化上升,最后从顶部离开填料塔。研究结果表明:在此蒸发换热过程中,二相液体间的对数平均温差及异丁烷气体的流量都对填料塔的体积换热系数有影响;体积换热系数与对数平均温差近似成负幂指数变化;异丁烷气体流量的增大则会使体积换热系数线性增大,而水流量的变化则对体积换热系数的影响不大。

海水提取亚硫酸钾浓缩工艺研究

以亚硫酸钾为蒸煮剂制浆,是目前我国草浆造纸行业最具发展前景的方法。从海水中提取钾离子制备亚硫酸钾的新技术可有效解决其高生产成本问题,但经吸附洗脱工艺得到的富钾液(洗脱液)中亚硫酸钾含量仍偏低,且含有大量杂质。因此,研究在添加抗氧化剂条件下,将洗脱液进行蒸发浓缩,低成本制备符合制浆要求的亚硫酸钾蒸煮剂,并通过比较两种不同浓缩方式,探讨亚硫酸钾蒸煮剂的最佳浓缩工艺。

废旧橡胶低温粉碎中LNG冷能利用的集成分析

为降低废旧橡胶低温粉碎生产精细胶粉的能耗,提出了集成利用液化天然气(LNG)冷能的液氮冷冻粉碎法和低温氮气冷冻粉碎法两种工艺,并对其进行用能分析.研究结果表明:(1)空分装置利用LNG冷能生产液氮,产品能耗可降低60.2%,利用每吨LNG的冷能可节省用电244.3 kW·h,冷能利用的(火用)效率达到60.7%,精细胶粉的生产能耗可降低126.4 kW·h/t;(2)废旧橡胶低温粉碎装置紧邻LNG接收站时,直接利用空分装置副产的氮气和LNG冷能生产低温氮气用于废旧橡胶的冷冻和粉碎,相对于空气冷冻法,精细胶粉的生产能耗可降低437.3 kW·h/t,利用1吨LNG的冷能可节省用电276.3 kW·h,冷能利用的(火用)效率为70.7%.

液化天然气冷量利用的集成优化

在对空气分离、低温粉碎和低温冷库等工艺利用液化天然气(LNG)冷量的损和节能量进行计算和分析的基础上,将空气分离等工艺按照"温度对口、梯级利用"的原则,集成优化利用LNG的冷量.研究结果表明:将空气分离、低温粉碎和低温冷库进行集成,各装置利用LNG冷量的损比单独使用时降低了55.7%以上;利用1.0 tLNG的冷量最多可以节省用电约349.0 kW.h,是单独用于空气分离装置节能量的1.56倍,说明集成工艺可大大提高LNG冷量的利用效率.

R1234yf瞬态喷雾冷却及过热度影响的实验研究

制冷剂瞬态喷雾冷却是临床激光治疗的重要辅助手段。当前临床应用及实验研究均采用R134a或R404A进行喷雾冷却,但这两种制冷剂具有极高的温室效应潜能(GWP)值,对环境产生严重威胁。以热物性与R134a相似、而GWP值仅为4的R1234yf作为喷雾冷却的替代制冷剂,对其临床应用进行了探索性研究。表面传热的研究结果显示R1234f的冷却能力略低于R134a与R404A。通过降低制冷剂过热度的方式,可以有效提高喷雾集中程度,在保证闪蒸雾化的前提下显著提高表面热通量,提高R1234yf喷雾临床应用的可行性。

基于LNG冷能利用的低温冷库与冷能发电系统的集成

为提高液化天然气(LNG)冷能的利用效率,在对低温冷库利用LNG冷能进行分析的基础上,以甲烷和乙烷混合物(两者质量比为65∶35)为工质,将利用冷能发电的Rankine循环与利用LNG冷能的冷库制冷过程进行集成,以便在供应冷库所需的冷能不变的情况下,将深冷部分的LNG冷转换为电能.文中还对影响Rankine循环发电效率的参数进行分析.研究结果表明,集成后的系统在满足冷库所需冷能的基础上,使每吨LNG的冷能还可发电约15.5kW.h,LNG冷的利用效率从38.5%提高到54.0%.

汽-液流动沸腾蒸发系统的混沌分析及预测

应用功率谱、自相关系数、吸引子相图、关联维数等分析工具,对汽-液两相流动沸腾蒸发系统的传热系数时间序列进行了定性和定量混沌研究。研究结果为:时间序列的功率谱在半对数坐标下呈指数下降趋势;自相关系数随时间的推移而减小;吸引子相图呈现精细结构;关联维数随嵌入维数的增大而趋于一个稳定的分数值。这说明汽-液两相流动沸腾蒸发系统呈现混沌特性。在此基础上,应用临近点相似混沌预测法对不同加热蒸汽压力(0.11MPa、0.13MPa、0.15MPa)下的传热系数时间序列进行了混沌预测。结果表明:预测值和实验值在有限时间长度内吻合程度较好;预测的平均相对误差随加热蒸汽压力的增加而增大;高精度预测时间长度随加热蒸汽压力增加而减小。这表明该系统具有短期可预测性。

Al2O3纳米流体液滴蒸发特性的数值模拟研究

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。

R404a喷雾冷却表面传热特性的时空不均匀性

制冷剂瞬态喷雾冷却是辅助激光手术治疗皮肤病的重要手段,目前采用的R134a制冷剂不易抵消深色人种表皮中的黑色素对激光能量的大量吸收,采用沸点较低的R404a制冷剂能更有效防止表皮的热损伤。使用带膨胀腔的新型喷嘴搭建了瞬态喷雾冷却实验台,采用薄膜热电偶快速测温技术对R404a瞬态喷雾冷却表面传热特性进行了研究。结果表明,R404喷雾冷却表面传热具有时间和空间的不均匀性,然而在喷雾中心半径2 mm的中心区域内存在高热通量的均匀冷却区域。在实际激光皮肤临床手术中,参考实验结果可保证喷雾冷却对治疗范围内的表皮进行均匀冷保护。