铝合金活塞铸件的温度场数值模拟研究

开发了三维温度场计算程序 ,模拟了活塞铸件在不同界面换热系数下的金属型凝固进程 ,说明界面换热系数对金属型凝固速度影响很大 ,可作为调节金属型凝固的控制因素。

双辊薄带-铸辊界面平均换热系数的测定

双辊薄带 铸辊界面平均换热系数是双辊薄带连铸过程数值模拟研究的重要计算参数 ,对它的测定进行研究具有非常重要的理论意义和实用价值。通过试验和数值计算相结合的方法 ,测定了薄带 铸辊界面的平均换热系数 ,实际测定过程表明 :设计的试验装置和采用的计算方法对于测定双辊薄带 铸辊界面平均换热系数是简便易行的 。

夏季风过渡区的陆-气相互作用:述评与展望

夏季风过渡区是受夏季风影响最敏感的区域之一,其陆-气相互作用对夏季风气候动力学过程响应明显,该区域的陆-气相互作用及其对夏季风活动的响应是一个值得关注的重要科学问题。分析了中国夏季风过渡区的形成及其基本特征,讨论了夏季风过渡区陆-气相互作用过程研究的主要关注点,初步推测了该地区陆-气相互作用对夏季风变化的响应机制。指出该地区陆-气相互作用研究包含了多重互馈机制、陆面水-热-生过程耦合、近地层到自由大气的多界面交换、季风多尺度作用和特殊的陆面水分循环等一系列重要科学问题。同时,总结归纳了该领域的主要研究进展和关键科学问题,提出了未来应该重点研究的7个方面,并初步给出了研究试验的基本思路。为未来系统深入研究夏季风过渡区陆-气相互作用及其对夏季风活动响应问题提供了科学指导。

超临界环境下的雾化过程中表面张力变化对射流稳定性的影响

通过考虑由于气液界面上存在传热过程而导致的表面张力随空间分布的变化规律,并将此影响耦合加入线性稳定性理论中,研究燃油射流在进入跨临界环境后的稳定性及破碎行为.结果表明,随温度的增加,表面张力减小的梯度逐渐增大,并非线性分布;当气液界面温度接近临界点时,表面张力快速衰减为零;考虑传热效应和表面张力变化时,最不稳定波的增长率随波的发展是变化的.分析结果将有助于理解跨临界环境下射流破碎的机理,进一步扩展现有雾化模型在实际工况下的适用性.

6SYZ-10型水滤式油炸机的研究

水滤式油炸机,可从根本上解决传统油炸机所存在的因残渣滞留油中被反复煎炸所造成的油质极易变坏,及其危害人体健康、影响环境等方面的诸多问题。为此,用热力学和流体力学理论分析并解决了水滤式油炸机结构设计及关键参数确定等的实际问题,实现了设计目标。

1986年东海与南海的海-气界面热量交换

采用实测资料计算1986年7—12月东海和南海观测海域海-气界面热量交换。结果表明:7—9月上旬,大气向观测海域输送热量是主要现象,因为这时的气温比水温高,潜热通量与感热通量出现反相变化,天气晴好,海洋大量吸热;9月中旬—12月,观测海域向大气输送热量是主要现象,东海表现得比南海更为明显,主要贡献来自潜热通量和感热通量。受冷空气影响时,感热通量重要;在热带辐合带和热带气旋系统内海-气界面热量交换强烈,大气对海洋的响应为主。

大型板式换热器接管优化设计

基于隔压换热站供热面积大、管径大、压力高、温度高等特点,结合具体工程,利用CAESARⅡ应力分析软件,对热力站的布置方案进行了优化,从而降低了管道及换热器管口的应力,高效率、高质量地完成了设计工作。

竖直超疏水翅片间霜层动态生长特性

搭建了竖直翅片间霜层生长可视化实验平台,分别制备了铝基亲水、超亲水和超疏水平板换热器,研究了翅片间距、表面润湿性能和环境温湿度等对竖直翅片间霜层生长动态特性的影响。实验结果表明,翅片间霜层的生长过程以临界间距(约1 mm)为界可分为线性快速增长阶段和缓慢增长阶段;相同工况下,亲水表面、超亲水表面和超疏水表面翅片间结霜持续时间分别为177、387和482 min。亲水表面霜层的增长速度分别为超亲水表面和超疏水表面的2倍和3倍。较低的表面温度和较高的环境湿度由于相变过饱和度的增加而提升了霜层增长速度;此外,翅片间霜层积聚过程中霜层密度随时间变化先增长,之后霜层密度增速放缓甚至不再增长直至结霜过程结束。

翅片管换热器表面霜层生长特性的实验研究

空气源热泵系统节能减排效果显著,但在低温高湿的冬季制热工况下,室外蒸发器表面会发生结霜现象,霜层会直接影响换热性能,进而影响系统运行的可靠性及能效。对翅片管换热器霜层生长特性进行了实验研究,实验中采用红外热成像仪对霜层表面温度进行测量,并用千分尺热电偶直接测量装置进行校核。分析了环境温度、相对湿度及迎面风速对结霜厚度、结霜量、霜层-湿空气界面条件的影响,并将霜层表面温度与环境温度之差作为结霜的传热驱动力,将湿空气中水蒸气分压力与霜表面温度下饱和水蒸气分压力之差作为结霜的传质驱动力,对结霜机理进行了分析,为换热器的防结霜和除霜提供了依据,为优化空气源热泵系统的设计奠定了基础。

热交换坩埚下降法制备大尺寸氟化铈晶体的热场设计与优化

随着CeF_(3)晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF_(3)单晶的需求日益急迫,而CeF_(3)熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF_(3)熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制,本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method,HEB)生长大尺寸(ϕ80 mm)CeF_(3)晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明:当发热体长度与坩埚长度相适应时,更有利于构建合理的温度梯度场,而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF_(3)晶体结晶习性的理解,炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。

铅铋反应堆新型双层换热管式主热交换器设计与优化分析

双层换热管的设计可以有效降低换热管破裂事故的发生概率,但管间接触热阻会导致换热管传热效率降低,不利于铅铋反应堆一回路系统热量的顺利导出,因此需要优化双层换热管的设计。本文以铅铋反应堆双层换热管式主热交换器为研究对象,提出在双层换热管间隙中填充镓基石墨烯纳米流体作为热界面材料,分析换热管长度、壁厚、外径和间距对传热性能的影响规律,并与未填充热界面材料的双层换热管式主热交换器传热性能进行对比分析;分别以JF因子和成本效率比(Cost-effectiveness Ratio,CER)为优化目标,以上述4种参数为优化变量,采用遗传算法对主换热器传热性能进行优化和综合评估,得到一种铅铋反应堆新型双层换热管式主热交换器设计方案。优化后的主换热器总传热系数增加5.79%,一回路压降提升2.32%,JF因子提升5%,CER因子提升24.62%。结果表明:在双层换热管间隙中填充镓基石墨烯纳米流体可以在降低蒸汽发生器管破裂事故概率的前提下,有效提高双层管换交换器的传热性能。

泡沫金属内嵌石蜡水平蓄器内凝固放热实验

蓄能技术,尤其是蓄热技术,与太阳能光热利用系统集成耦合,可有力解决太阳能间隙性问题,提高太阳能热利用品质和利用效率,为光热利用系统提供稳定的能流输出。为解决工程常见的相变材料热导率低、蓄/放热系统效率不高的关键问题,选取石蜡为蓄热介质,设计了一种水平管内填充泡沫金属的蓄热单元,探究相同蓄热工况(70.0℃蓄热)、不同放热流体温度(10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃)下泡沫金属内嵌石蜡的凝固相变行为。通过高清相机拍摄得到凝固相界面的实时位置,通过热电偶测量获得凝固过程中内部温度响应规律。实验结果表明,冷流体温度越低,凝固速率越快;相比较30.0℃的放热工况,冷流体为10.0℃时石蜡完全凝固时间缩短了52.0%。同一径向距离测点的竖直高度越高,温降越快,其温度响应率也越大;但轴向位置对凝固测点温度变化影响差异不大。以1b测点的温度响应值为基准进行比较,10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃冷却工况下1a点温度响应率分别提高了7.2%、8.8%、10.3%、10.8%、11.7%。本研究有助于推广泡沫金属相变蓄热器的工程应用,为泡沫金属内嵌固液相变材料的结构设计与运行参数选取提供指导和帮助。

钛双极板表面碳掺杂氮化钛耐腐蚀涂层制备

为改善钛双极板在质子交换膜(PEM)水电解槽环境中的耐腐蚀性能和导电性能,采用电泳沉积-热处理两步法在钛基底表面制备碳掺杂氮化钛(C-TiN)复合保护涂层,并在0.5 mol/L的H_(2)SO_(4)和5 mg/L的F-溶液中模拟PEM水电解槽阳极环境测试其电化学腐蚀性。结果表明,电泳沉积及热处理改善了氮化钛纳米颗粒的连通性,增强了涂层与衬底的粘附力,实现了电子在电活性材料中快速传递。400℃下制备的碳掺杂氮化钛涂层(C-TiN-400℃),其导电性与耐蚀性均得到明显提升;相比于未处理的样品,镀有C-TiN-400℃涂层的样品在146.3 N/cm^(2)压力下的接触电阻可达到2.25 mΩ·cm^(2)。

分层小水库沉积物-水界面热交换时空变化特征

通过对分层小水库沉积物和上覆水温度剖面的7次监测,计算沉积物-水界面的热交换通量,探讨沉积物与水之间热量交换的时空变化特征。结果表明:沉积物-水界面热交换通量具有明显的季节变化,在春夏季库水升温分层以及秋季降温混合时期由库水向沉积物传递热量;冬季由沉积物向库水释放热量。浅水区水温的日变化促使沉积物-水热交换具有明显日变化特征。库区内由于水深不同,热交换特征也存在空间差异,与坝前相比,水库中心水深较浅,春季热交换方向转变的时间早;水库中心夏季由水传向沉积物的最大热通量(106. 6 W/m2)高于坝前深水区(23. 8 W/m2)。夏季当水体透明度较高时,沉积物直接接受太阳辐射引起热交换方向改变为由沉积物向水传递。

热处理炉温度模型算法与实现

为了对热处理炉的加热温度进行优化和控制,提高自动化程度及加热质量,有效降低能源消耗,运用热处理炉温度模型的设计,根据对流和辐射的原理,着重介绍了热处理炉控制系统温度模型的算法及应用原理,详细说明了算法设计思想和计算等。同时与PLC的数据接口以及报文传送内容进行了设计和解释,描述了模型算法流程及温度模型的实现。

管壳式换热器热力计算软件的开发

基于面向设计对象和模块化编程的思想,以计算机语言为平台,结合数据分析软件,经过程序优化,开发了管壳式热交换器的热力计算软件。对于管壳式热交换器的设计,新开发的软件具有计算准确、操作简便、适应性广、界面友好等优点,有着重要的实用价值。

基于PI微球复合型全热交换膜的制备与性能

聚酰亚胺(PI)是一类具备高热稳定性和化学稳定性的聚合物材料,已被广泛用于气体分离膜的制备。然而,当前将其作为新型有机填料的研究甚少,更没有应用在全热交换、新风系统领域的相关报道。因此,本文采用对苯二胺(pPDA)和3,3′,4,4′-二苯酮四甲酸二酐(BTDA)作为单体原料,通过溶剂热聚合法成功制备了具有片层结构的PI微球颗粒。通过界面聚合过程将所制备的PI微球引入聚酰胺(PA)分离层中,构建出一系列基于PI微球的PA复合型全热交换膜材料。深入探究了PI微球的添加方式(制膜工艺)和掺杂量对膜形貌、水接触角、表面粗糙度、CO_(2)及水蒸气透过率、全热交换效率等的影响规律。研究结果表明,采用将PI微球均匀分散于均苯三甲酰氯(TMC)油相溶液中的制膜方法可确保粒子的负载与界面聚合反应同步进行,有效避免了颗粒堆叠和界面缺陷的问题。所制备的PI-PA-IV-2复合膜具有优异的透湿阻气性能,水蒸气渗透率从原膜的1763.45g/(m^(2)·24h)提升至1949.51g/(m^(2)·24h),CO_(2)透过率从21.04GPU降至3.64GPU。与此同时,该膜拥有与商业纸膜相当的热交换效率(97.47%)和焓交换效率(71.41%),为新型高效全热交换膜的制备提供了可行方案。

金属材料喷雾淬火过程的界面热交换分析

通过末端淬火试验,对铝合金试样喷雾淬火过程的界面热交换进行了研究。采用反热传导法求解了所有试验的界面热流密度(q)和界面传热系数(h),重点分析了喷雾压力、喷嘴直径和试样表面粗糙度对界面热交换的影响。结果表明:喷射压力对整个淬火界面换热过程均有影响,但对过渡沸腾阶段影响更大,且喷射压力越大,q及其峰值qmax越大,进入核沸腾阶段的时间越短;喷嘴直径越大,q、qmax越大,越早进入核沸腾阶段,但增大喷嘴直径对界面换热的影响存在上限;随表面粗糙度增大,q、qmax先减小后增大;在本试验条件下,上述喷射压力、喷嘴直径和表面粗糙度对界面热交换的影响规律均不受另外两个参数取值的影响。此外,由于喷射的微小液滴均匀覆盖了整个热表面,产生了剧烈的核沸腾,导致在部分试验中,q曲线在核沸腾阶段出现了二次升高现象。

介质流量密度对铝合金喷射淬火界面热交换率的影响规律及机理

通过喷射淬火试验,研究了在高温铝合金表面进行水射流淬火、喷雾淬火和高速空气淬火的热交换过程,并对这3种在线淬火界面的热流密度(q)和传热系数(h)进行了反分析求解,重点探究了试样表面介质流量密度(q_(s))对界面热交换率的影响规律及其机理。结果表明,随q_(s)增大,喷射淬火界面热交换率先增大后减小,即存在一个临界q_(s),此时临界热流密度(q_(c))取得最大值。当q_(s)小于其临界值时,喷射淬火界面热交换率随q_(s)增大而增大;当q_(s)大于临界值时,随q_(s)继续增大,喷射淬火界面热交换率反而减小。喷雾淬火的单位体积冷却介质最大吸热量(Q_(max))最高,且淬火介质相同时,Q_(max)随q_(s)增大而减小。增大q_(s)对提高喷水淬火表面的热交换率效果最好。

天然气热水器翅片式冷凝换热器的计算方法

分析了冷凝翅片换热器传热过程和主要参量 ,提出了天然气热水器冷凝翅片换热器的设计方法。