微通道内铜纳米线深度除湿实验研究

深度除湿或微量湿度调控在材料制备加工、化工及微电子等行业都有十分重要的技术需求。利用微通道快速扩散的特点,耦合铜纳米线对低湿空气进一步除湿。对铜纳米线深度除湿过程进行了红外光谱研究,证实了铜纳米线物理吸附深度除湿的微观机理,在此基础上考察了入口湿度、操作温度、流动雷诺数及停留时间对除湿效果的影响,结果表明操作温度及流动雷诺数的降低和停留时间的增加将显著提升铜纳米线的深度除湿能力。利用冷凝相变的方式初步降低气体湿度,构建了“冷凝相变-铜纳米线吸附”的深度除湿系统,通过工艺参数的控制,实现了将相对湿度降至0.1%以下的深度除湿。

微反应器内制备三水碳酸镁工艺研究

基于数值模拟不同形状微通道内的混合特性,以此获得实验流道设计依据,并确定了截面1 mm?1 mm、长度为3000 mm的弯曲微通道反应器。以浓度为0.2 mol?L-1的Na2CO3和MgCl2溶液为原料在微反应器内制备三水碳酸镁晶体,以XRD和SEM为表征手段,考察物料流量和停留时间对晶体质量的影响。结果表明,物料流量过低或过高都会降低晶核表面积或反应液的过饱和度,进而影响晶体的生长。实验范围内物料流量为4 mL?min-1时产物结晶度高且晶型完整;随着物料在通道内停留时间的增长,产物质量会存在先降低后升高的趋势。在流量4mL?min-1、停留时间9 s条件下得到最佳晶体,晶胞畸变率小,晶棒尺寸分布较均匀(平均粒径为150μm),符合正态分布。

梯形微通道内乙醇水混合蒸气冷凝流型可视化实验

利用高速摄像系统对梯形硅基微通道进行乙醇水混合蒸气冷凝流型可视化实验。梯形微通道结构为梯形，水力学直径165.87μm，通道长度50 mm。实验中混合蒸气乙醇质量分数范围为2%～60%。实验发现入口蒸气乙醇浓度对通道内流型有重要影响。沿着冷凝方向，发现环状流、环状条纹流、翻滚流、喷射流/喷射滴状流及气泡流。不同蒸气入口乙醇质量分数有不同的流型分布，低乙醇浓度的蒸气冷凝环状条纹流及喷射流区域出现伪滴状凝结形式，高乙醇浓度的蒸气冷凝出现翻滚流流型。实验以蒸气质量通量及蒸气干度为坐标对不同入口浓度蒸气冷凝建立了两相流型图，并对喷射流发生干度建立了流型转变预测式。

喷雾助剂对农药雾滴蒸发特性影响研究

雾滴蒸发飘移是农药利用率低下的重要原因之一,喷雾助剂的使用是减少蒸发飘移的主要方法,但目前助剂溶液的蒸发规律及抗蒸发机理尚未明确。为了探究喷雾助剂对雾滴蒸发过程的影响,研究以水和植物油类助剂倍达通、矿物油类助剂迈道、非离子型表面活性剂Silwet408这3类喷雾助剂为对象,通过可控温控湿的单雾滴蒸发实验平台模拟农药施药条件,采用悬滴法考察各助剂溶液的蒸发特性。结果表明,倍达通、迈道和Silwet408这3种助剂的蒸发抑制能力随相对湿度升高而减弱,随环境温度升高先增强后减弱,分别在30、30、28℃达到最佳蒸发抑制效果。此外,还测试了4种典型气象条件下各类助剂的蒸发抑制能力,并从蒸发角度提供了助剂选择参考。

组合表面调控液滴特性强化蒸汽冷凝传热

制备了具有不同疏水区宽度和面积分率的疏水-亲水间隔规则排列的组合表面。观测常压蒸汽在组合表面上冷凝时疏水区液滴的特性(液滴移除方式和最大液滴半径),利用格子Boltzmann方法模拟组合表面上凝液的运动。考察疏水区、亲水区宽度和表面过冷度对组合表面强化蒸汽冷凝传热的影响。利用滴状-膜状组合传热模型分析组合表面蒸汽冷凝传热性能的影响因素,并与实验结果比较。发现疏水区液滴自发地向亲水区定向迁移,精细设计的组合表面可以实现蒸汽滴状冷凝传热的强化,实验中强化因子可达1.20。疏水区宽度约为0.55 mm时组合表面的传热性能最大。表面过冷度越大,组合表面强化传热的效果越差,模型分析与实验结果吻合良好。

射流循环DTB结晶器内的CFD模拟

采用RNG k-ε湍流模型对实验室级射流循环DTB蒸发结晶器内的单相流流场进行了数值模拟并优化结晶器结构,用欧拉多相流模型对优化的结晶器进行多相流模拟分析。结果表明,导流筒内射流满足线性扩展,其轴向速度分布基本满足高斯分布。刚进入导流筒内的射流段,轴线速度倒数与流程呈良好的线性关系,随射流的发展,轴线速度加速衰减。在入口直径恒定时,循环速率比随导流筒挡板间环隙面积与导流筒横截面积比的增加呈先增大再减小的趋势,存在最优值。优化的实验级DTB结晶器中导流筒内颗粒浓度分布沿径向方向减小,但基本可实现颗粒浓度较为均匀的分布,其循环速率与单相流模拟结果相比较低。

液滴撞击超亲水表面冷液膜的研究

液滴撞击过程因具有较强的传热传质性能被广泛应用于工业领域中。本文利用高速摄影机和红外热像仪,研究了液滴撞击超亲水表面冷液膜的水力学特性和温度分布,探讨了撞击We数和液膜温度对撞击过程中水力学特性以及液膜温度分布的影响.总结了液滴在超亲水表面的液膜上的水力学特征的变化规律。实验结果表明,液滴铺展速度和最大铺展直径随撞击We数的增大而增大。同时,液膜温度会影响液滴撞击薄液膜后的水力学特性.在低We数下液滴撞击低温薄液膜后液膜的温度呈高低相间的环状分布,随着撞击We的增大,该环状温度分布消失。这对要求精确喷雾控温的工业过程起到了十分重要的意义.

低压蒸汽滴状冷凝中液滴脱落滞后效应

利用界面结构效应实现蒸汽滴状冷凝对能源动力系统的高效化和集成化具有至关重要的作用.深入认识液滴动态特性对传热性能的影响有利于探究低压蒸汽冷凝中传热控制机理和研发高效紧凑的传热强化技术.本文系统地研究了蒸汽滴状冷凝中液滴脱落特性,提出了低压蒸汽冷凝液滴脱落滞后效应.随着蒸汽压力降低,冷凝液滴黏度增加,引起自身脉动特性下降,接触线移动受阻,接触角滞后现象明显,导致脱落尺寸明显增加而脱落速度大大降低.与常压蒸汽冷凝中液滴的快速启动连续下落不同,低压蒸汽冷凝中液滴长至脱落尺寸后表现出了"阶跃式"下落的现象,即液滴脱落滞后效应.在液滴整个生命周期中,低过冷度时液滴生长速度控制着传热过程,而高过冷度时液滴脱落滞后延缓了表面更新,降低了有效换热面积,成为了控制传热过程的因素.通过液滴脱落效应解释了传热通量随过冷度非线性增加现象的内在机理,明晰了蒸汽冷凝传热控制机制,为低压蒸汽冷凝传热强化指明了方向.

疏水-超疏水组合表面倾斜管外混合蒸气冷凝过程

本文在铜管外制备疏水超疏水组合表面,控制铜管和重力方向的倾角为0°、30°、45°、60°,利用高速摄像系统研究混合蒸气冷凝过程中表面润湿性和重力的协同调控机制,观测了液滴的动态特性,测量了组合表面上混合蒸气传热性能.结果表明:倾角增大,组合表面上的冷凝液滴会偏离重力方向沿着疏水环向下冲刷;倾角60°时,疏水区域的液滴会合并到相邻的上下超疏水区域;和亲水光滑铜管相比,组合表面上含不凝气30%的混合水蒸气冷凝传热随倾角度增加先下降、之后保持不变、最后升高,分别提高50%～65%(竖直)、35%～55%(倾角30°和45°)、45%～55%(倾角60°)。

倾斜超疏水管外滴状冷凝液滴特性的可视化

含不凝气的混合蒸汽冷凝广泛存在于化工、石油、电力和海水淡化等领域.在空气环境下超疏水表面具有较大的接触角,有可能实现冷凝强化传热的目的.但在纯蒸汽冷凝环境中,液滴会完全润湿超疏水表面的微纳结构,使表面的超疏水性"失效".而在含不凝气的混合蒸汽冷凝过程中,若不凝气充满超疏水表面的微纳结构,液滴呈Cassie或过渡态润湿模式,保持或部分保持表面的超疏水特性.对于倾斜表面,冷凝液滴的脱落直径和冲刷周期都会发生变化,进而影响冷凝传热.因此,深入认识混合蒸汽在不同倾斜角的超疏水竖管表面上的冷凝特性,分析液滴的运动特性,对探究冷凝机理和研发先进强化传热技术有重要意义.本文利用氧化刻蚀-自组装的方法制备了紫铜管超疏水表面,系统地研究了不同倾斜角度时混合蒸汽冷凝过程中液滴的接触角滞后、临界脱落直径以及冲刷周期,并与纯蒸汽、疏水表面的情况进行了对比.结果表明,在铜管顶部(沿铜管圆周方向),超疏水表面冷凝时接触角滞后小于疏水表面,而在铜管中部和底部超疏水表面的接触角滞后则较大;在超疏水表面条件下,液滴的脱落直径随着倾斜角度的增加而增大;冷凝液对超疏水表面的冲刷周期均大于疏水表面,且随着倾斜角增加,冲刷周期略有减小.

接触角滞后对组合表面液滴运动的影响

本文通过控制NaOH和(NH_4)_2S_2O_8溶液的刻蚀时间,制备了具有不同接触角滞后超疏水区的0.5 mm-0.5mm超疏水疏水组合表面,可视化研究了常压纯蒸汽下液滴脱落半径,冲刷周期,尺寸分布.电镜表征结果表明,刻蚀时间越长,所制备超疏水表面的微纳结构越细,导致液滴接触角滞后增加。在0.5 mm-0.5 mm超疏水-疏水组合表面冷凝过程中,存在两种排液行为:液滴横向抽吸和液滴跨区脱落。随着超疏水区接触角滞后的增加,对液滴的抽吸作用越强。液滴跨区脱落直径随着超疏水区接触角滞后的增加有减小趋势,表面冲刷周期随超疏水区接触角滞后的增加而减小;与完全疏水表面相比,组合表面疏水区域液滴尺寸较小,主要集中在50μm以内。

蒸汽剪切驱动液滴行为的格子Boltzmann模拟

滴状冷凝过程中,存在蒸汽流动对液滴的吹扫作用,液滴在蒸汽剪切作用下克服壁面黏附变形和运动,液滴运动速度越大,冷凝传热性能越高。但是液滴在蒸汽作用下变形和运动的细节还不清晰,蒸汽速度对液滴变形和运动的影响机理还不明确。本文采用自由能格子Boltzmann方法研究了在不同蒸汽速度剪切作用下,液滴在具有不同润湿性固体表面上的变形和运动过程,分析了蒸汽速度和接触角对液滴变形和运动的影响机制,结果显示随着蒸汽速度的增加,液滴变形越大,液滴在固体表面的运动速度越大,停留时间越短,有利于液滴的移除和表面更新,相同蒸汽速度的作用下,液滴在接触角大的固体表面上变形和运动速度越大,也有利于液滴的移除和表面更新。从而定性或半定量地揭示了蒸汽速度影响蒸汽滴状冷凝传热的物理机制。

离子液体对脉动热管启动与运行的影响

本文主要考察了不同离子液体加入量对于4弯头的闭合回路脉动热管(紫铜材质)启动性能和运行情况的影响,并采用高速摄像研究了不同离子液体加入量对液弹脉动性能的影响。结果表明,当离子液体加入量比较大时,脉动热管的启动功率和启动温度会有所降低,有利于其迅速启动,同时可以有效避免出现"烧干"。离子液体质量分数为0.67%时,液弹脉动与水基脉动热管的振幅和相对速度基本相同;离子液体质量分数分别为19.1%和44.4%时,液弹脉动具有高频率小振幅的脉动特性。