超临界氮气在规则球床堆中的流动与传热特性分析

采用计算流体力学方法模拟高温高压工况下规则球床堆内超临界氮的流动与传热特性,系统分析了入口流量、填充颗粒直径、堆积床高径比对流动和传热性能的影响规律。结果表明:堆积床内相邻颗粒层间存在流动滞止区,该区域流体温度高于其它低阻力区域。随着液氮入口流量和堆积床高径比的增大以及填充颗粒直径的缩小,气体流动阻力逐渐升高,气体与堆芯的换热更加充分,进而出口氮气温度变高。

不同结构凹穴微通道内超临界氮气流动与传热特性

为了实现微通道换热器表面结构的高效设计,本文将数值模拟和实验手段相结合,以超临界氮气(supercritical nitrogen,SCN_(2))为流体工质,研究了不同凹穴形状(直微通道、圆形、矩形和梯形)和椭圆度对微通道流动与传热特性的影响,揭示了SCN_(2)高效低阻强化换热机理。结果表明,相比于直微通道,圆形凹穴微通道中轴线上SCN_(2)速度达到稳定值所需入口段距离更短,这是由于凹穴能够促使流体流动/热边界层一直处于破坏与重建的交替状态。圆形凹穴内流体旋涡形状与凹穴几何结构保持一致,其流阻特性和换热性能最优,梯形凹穴微通道次之,矩形凹穴微通道最差。微通道综合性能随着凹穴椭圆度增加呈先升高后降低变化趋势,当椭圆度为1时,其综合性能最优。研究结果对提高微通道换热器设计制造能力具有重要的意义。

微通道内超临界氮气三维热流场实验与数值模拟

利用实验与数值模拟相结合的方法研究了超临界氮气(SCN_(2))三维热流场特性,在用实验数据验证数值方法可靠性基础上,分析了压力(3.6~7 MPa)和质量流速[800~1200 kg/(m^(2)·s)]对SCN_(2)对流传热特性的影响,揭示了微通道圆管不同圆周方向上SCN_(2)热流场规律。结果表明:在低压力和高质量流速下,同一轴向位置处,径向内壁温最大值出现在圆管90°处;质量流速越大,内壁温最大值和对流传热系数最小值由圆管180°向90°处发生了转移;当浮升力系数Gr^(*)/Re^(2)>1时,浮升力有利于强化圆管底部区域流体传热能力;基于获得的数据,提出了一个新的适合预测微通道圆管内SCN_(2)对流传热特性的无量纲换热关联式,预测误差小于20%。研究结果为微通道换热器优化设计提供了参考。

聚丙烯/超临界氮气微孔注塑充模过程工艺参数研究

以聚丙烯(PP)为原料,超临界氮气(N_(2))为发泡剂,通过自行设计的一种扁平螺旋线形流道模具探究了注塑制品充模长度与减重比、泡孔结构之间的关系,并设计正交试验研究了注气压差、注气时间、注射压力和注射速率对制品充模长度的影响。结果表明,在一定范围内,熔体背压越高,制品充模长度越长,且随着充模长度增加,制品的减重比呈先缓慢增大后急剧增大的趋势;在靠近浇口位置的泡孔少,整体呈扁平的椭球形结构;在中间位置泡孔增多且分布均匀,整体呈现为较为规整的球形结构;在远离浇口位置泡孔十分致密,但泡孔合并以及破裂现象较严重,整体尺寸分布不均匀;正交试验表明注气压差、注气时间、注射压力和注射速率的增大均会使制品的充模长度增大。

超临界氮气制备热塑性聚氨酯发泡材料及其性能

将超临界氮气与热塑性聚氨酯(TPU)熔融共混后,通过注塑成型制备了发泡TPU,考察了TPU的流变性能,并对比了TPU发泡前后的分子链结构、热稳定性、玻璃化转变温度及物理机械性能。结果表明,相比于TPU,发泡TPU的热稳定性有所提高,玻璃化转变温度降低,熔融温度和结晶温度升高。发泡TPU的密度、邵尔A硬度、扯断伸长率及杨氏模量均有所下降,回弹率和热收缩率有所提高,这均与超临界氮气在TPU中形成的泡孔结构有关。

EVA/SEBS共混材料超临界发泡工艺及性能

将苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)用于乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的超临界发泡工艺中,改善了EVA发泡材料变形大、耐磨性差、不防滑等缺点。在发泡过程中,通过将样品放置在发泡釜内的不同位置时,研究其对发泡鞋材密度、泡孔数量的影响。结果表明,样品放置在发泡釜上、中、下层发泡的鞋材密度分别为(0.22±0.004)、(0.207±0.01)和(0.28±0.01)g/cm^(3),在中间层时,得到的鞋材密度最小,泡孔数量最多。此外,还研究了EVA中不同VA含量、双叔丁基过氧异丙基苯(BIPB)添加量、硫化时间、发泡温度、保压时间以及通入的氮气压力对发泡鞋材力学性能的影响。值得注意的是,当VA含量为26%,BIPB添加0.39份,硫化时间为360 s,发泡温度为110℃,保压时间为40 min,氮气压力为16 MPa时,发泡鞋材的硬度、弹性和柔韧性最优,其中硬度范围在48,断裂伸长率范围为341.65%,拉伸强度为3.33 MPa,发泡倍率为1.69倍;而保压时间和通入的氮气压力则对力学性能的影响较小。

微孔注射成型PPS及其性能研究

以超临界氮气(SC-N2)作为发泡剂,采用注射成型法制备了微孔化聚苯硫醚(PPS)泡沫塑料,研究了模具流道、SC-N2含量、PPS熔胶量位置对微孔化PPS泡沫塑料泡孔特性、相对密度、力学性能及介电性能的影响。结果表明,随着模具流道的延长,微孔化PPS泡沫塑料的泡孔孔径逐渐变大,泡孔密度降低;SC-N2含量对泡孔孔径、力学性能及介电性能影响不大,但泡孔密度随SC-N2含量的增大而增大;随着PPS熔胶量位置的降低,微孔化PPS泡沫塑料的泡孔孔径增大,泡孔密度降低,力学性能及介电常数也相应逐渐降低。

PP微孔发泡试样泡孔结构与拉伸性能的变化关系研究

通过仿真分析得到超临界N2注射成型聚丙烯(PP)微孔发泡试样的泡孔结构与拉伸性能之间的关联机制,即泡孔尺寸与拉伸性能成反比关系;然后利用控制变量法进行PP微孔发泡试样的超临界N2注射成型实验,研究注气时间、注射温度、注射速率对试样泡孔结构和拉伸性能的影响规律,揭示在不同工艺参数下试样泡孔结构与拉伸性能之间的变化关系。结果表明,注气时间和注射温度下泡孔尺寸与拉伸性能的变化关系总体上符合由仿真分析得到的关联机制;随注气时间增加,泡孔结构和拉伸性能总体上劣化;注射速率对泡孔结构和拉伸性能的影响相对较小,但较高的注射速率有利于减小泡孔尺寸;与其它两种工艺参数相比,不同注射温度下泡孔结构和拉伸性能之间的变化关系比较稳定。在保持较短的注气时间和较高的注射速率下,通过调整注射温度可获得泡孔尺寸小、密度高且拉伸性能好的PP微孔发泡试样。

EMA对PBAT的扩链改性及其微孔发泡行为

为解决聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)可发性差的问题,以乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)作为扩链剂对PBAT进行扩链改性。结果表明,随着EMA含量的增加,PBAT样品的特性黏度和支化度逐渐提高,说明扩链反应成功;PBAT样品的结晶温度和结晶度略有增加,结晶性能得到改善;PBAT样品的流变性能得到改善,说明样品的可发性逐步改善。然后,以氮气为物理发泡剂,通过固相发泡法制备PBAT微孔泡沫。结果表明,随着EMA含量的增加,PBAT泡沫的泡孔尺寸、泡孔密度和发泡倍率逐渐增加。随着发泡温度的升高,PBAT泡沫的泡孔尺寸和发泡倍率逐渐增大,泡孔密度稍有减小。

打印电路板式换热器流动与传热数值模拟研究

印刷板式换热器是一种新型高效紧凑式微型通道热交换器,具有紧凑、耐高温、高压的优点,在太阳能、液化天然气和核能等清洁能源领域受到广泛地关注与重视。针对印刷板式换热器应用于LNG行业的汽化器,采用超临界氮气作为工作流体。利用数值模拟和理论分析的方法研究PCHE不同流道弯曲角度、不同直径下进口截面温度变化对内部流动与传热效率的影响。结果表明,弯曲角度增大时,所对应的对流换热系数的数值也随着增大,压降也随之升高;流道直径的加大不仅使对流换热系数增强,压降也随之减小,有较好的传热效果。