双储液器环路热管工作不稳定性实验分析

对双储液器环路热管运行中出现的温度迟滞、倒流及温度波动等不稳定现象进行了描述和解释.实验发现,在热载荷递增和递减循环实验中,双储液器环路热管在可变热导区内的工作温度并不一致,功率递减时的工作温度偏低;姿态对出现温度迟滞现象的热载荷范围有一定影响;热载荷变化幅度对温度迟滞的影响并不大.倒流现象不仅发生在蒸气槽道充满液体的小热载荷启动过程,蒸气槽道存在蒸气的小热载荷启动过程中也可能发生工质倒流;工质倒流的原因主要是芯内蒸发或者蒸气瞬间穿透毛细芯,使得芯内压力高于芯外压力.温度波动现象可能发生在小热载荷启动或者较大热载荷的亚稳态运行过程中,尤其当有液体引管穿过的储液器位于蒸发器上方时,温度波动发生的几率较大.     

陶瓷芯平板式毛细泵设计及试验

为有效解决平板毛细泵蒸发器向补偿室的背向漏热问题,本文设计了一种在材料选择和内部结构构型上显著区别于传统平板毛细泵的新型平板毛细泵.材料选择方面,本文采用低热导的氮化硅陶瓷毛细芯,其导热系数仅为2.7 W/(m K),显著增大了蒸发器与补偿室的热阻;同时氮化硅毛细芯孔径和孔隙率为0.5μm和70%,也明显优于传统金属毛细芯,有利于提升环路热管毛细传热极限.结构构型上,平板毛细泵外轮廓尺寸为82.0 mm×53.0 mm×16.0 mm,内部并列布置了8根柱状氮化硅毛细芯,柱状毛细芯外壁与蒸发器壳体内壁过盈配合,很好地解决了蒸汽槽道与补偿室的相互密封问题.试验测试了平板毛细泵环路热管的启动特性和传热性能.(1)水平姿态下,环路热管在5.0～20.0 W的启动负载下均能快速启动,且蒸发器无明显的过热现象;倾斜姿态时,环路热管在5.0 W启动负载下启动时间显著增长、启动温升明显增大,但启动负载加大至20.0 W后,启动特性恢复至水平姿态.(2)环路热管的传热极限和热流密度极限超过400.0 W和26.3 W/cm~2,最小热阻值为0.018°C/W.     

蒸气在变壁温竖直细圆管内的流动凝结换热特性

针对细小直径圆管的特点, 对经典的Nusselt分析进行修正, 考虑凝结液膜弯曲引起的表面张力以及气液界面蒸气剪切力影响, 建立变壁温条件下竖直细管内流动凝结换热的数学模型, 从理论上探讨小管径下, 沿程管壁温度和重力等作用因素对流动凝结影响程度发生的变化. 实验检验证实分析模型的结果是可靠的.     

毛细力驱动海水淡化

报道了一种新型毛细力驱动海水淡化系统.系统类似打开的环路热管,以毛细芯提供的毛细力为驱动力,抽取海水进入毛细芯发生汽液相变,产生的蒸汽进入冷凝器冷凝成淡水.实验结果表明,使用有效受热面积为50.24 cm2的蒸发器,在壁面温度为40℃时,淡水产量91.8 g/h,产水含盐约30 mg/L,水质超过饮用水标准.毛细芯中的弯液面可以自适应外界热源,在33℃~56℃间都能正常运行(产水温度30℃).由于广泛的温度适应性,特别是低温下的海水淡化和物质提纯能力,使得该方法在低品位余热利用等领域具有很大的优势和潜力.     

微三角形槽道内非均匀定热流加热下的滑移流动换热

针对微三角形槽道, 利用正交函数法求解了滑移流区内带温度跳跃边界条件的能量方程, 理论分析了多种不同非均匀定热流密度加热条件下不可压缩气体在微三角形槽道内热充分发展滑移流动的换热特性, 获得了相应的温度分布及平均Nusselt数的计算式. 讨论了Knudsen数、微槽高宽比及不同加热边界条件对平均Nusselt数的影响. 计算结果表明: 正交函数法适用于微三角形槽道内滑移流动换热特性的分析计算; 在滑移流区, 微三角形槽道内的平均Nusselt数随Kn数的增加而减小, 但减小的幅度随微槽的高宽比和加热边界条件的不同而不同. 对微正三角形槽道而言, 相比单独底边加热条件, 两斜边加热条件下的换热性能在小Kn数时下降较缓, 在大Kn数时下降较大. 最后得到了非均匀加热边界条件下微正三角形槽道内平均Nusselt数的计算关联式.     

矩形液池中热毛细对流起振过程的数值模拟

本文数值研究微重力条件下浅液池中大Pr数流体(Pr=105.6)热毛细对流的转捩过程.当液池两侧的温度差超过临界温度差时,在液池中会出现热毛细振荡对流.振荡对流的涨落值远小于时间平均值,涨落值表现为从冷端向热端传播的热流体波.起振时,涨落值的胞元分布在液层的中心区域;随着外加温度差的增加,涨落值的胞元逐渐充满液层.本文的结果显示了有限延伸矩形容器液层中热毛细对流及其起振过程与其它类型热毛细对流不同的特征.     

大功率LED冷却用回路热管传热性能分析

提出了一种用于大功率 LED（light emitting diode）散热的回路热管, 研究了热负荷、倾角、加热方式等对热管起动性、均温性、热阻等的影响. 研究结果表明： 热管的热阻在0.19 K/W-3.1 K/W 之间, 蒸发器的均温性被控制在 1.5℃以内, 在热负荷为 100 W 时, 蒸发器的温度被控制在 100℃以下.     

Ω型轴向槽道热管传热性能的实验研究

论文针对现有热管实验手段的不足，自行搭建了集加热系统、冷却系统、角度调节系统和温度测量系统于一体的Ω型轴向槽道热管传热性能实验台，考察了加热功率、工作倾角、冷却条件等因素对热管工作特性的影响。结果表明：实验所用热管水平放置时最大传热量较小，若改善冷却条件可提高热管的传热能力；当热管放置为重力辅助作用时，热管传热能力显著改善，反向放置时，热管无法正常工作。研究结果对于热管在飞行器中的应用研究具有参考价值。     

锂硼合金反应合成机制研究

提出了锂硼合金反应合成的物理模型, 反应过程中有两次放热反应, 第1次放热反应可以分成3个阶段, 第1阶段是Li与B粒在界面(~330℃)的瞬时反应, 此放热量与B粒的半径成反比关系. 第2阶段是Li液通过B粒表面反应生成的LiB₃向内扩散并与内核的B反应, 此过程可用固体反应中的Johnston模型来描述. 其反应速率常数与B粒的半径平方成反比. 第3阶段是在425℃以上LiB₃溶解到Li液体之中, 但与此同时, 第2次放热反应也开始进行. 第2次放热反应通过Li-B化合物的形核和长大来完成, 它可以分成形核孕育和爆发反应两个阶段. 有足够形核数目时, 产生爆发性反应. 温度越低, 产生爆发性反应所需时间越长. 运用该模型解释了合成实验中出现的相关现象.     

新型矩阵式微射流热沉性能分析

设计一种带有回流结构的矩阵式微射流热沉,采用实验和数值模拟方法对热沉性能进行了研究.在稳态条件下,获得了不同运行和结构参数时被冷却表面的温度分布、流体的速度场以及系统压损.结果表明:冲击距离对热沉性能影响较大,其值越小,平均努赛尔数越大,被冷却表面的平均温度越低,换热均匀性越好;被冷却表面平均温度与气体体积流量成反比;系统压损随着射流雷诺数的增大不断增大,雷诺数大于5500以后,压损急剧增加;换热均匀性与气体体积流量成反比,气体体积流量越大,换热均匀性越好.     

恒壁温边界条件下不可压缩气流在微通道内的二维层流换热

基于贴壁层概念和已经求得的贴壁层内气体黏度和导热系数变化规律,求解了等壁温边界条件下微通道内气体完全发展的二维层流换热,分别得到了平行平板微槽道和微圆管内温度分布和对流换热系数.     

二维数值模拟蒸汽膜覆盖的液滴水力学特性

采用移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit method, 简称MPS法)直接数值模拟了蒸汽膜覆盖的液滴破裂, 求解了关于液滴、蒸汽和环境液体的二维Navier-Stokes方程. 计算结果表明蒸汽膜的存在抑制了液滴破裂, 液滴破裂的临界Weber数随蒸汽膜厚度增加而增加. 液滴破裂过程可分为两个阶段, 液滴变形与破裂主要发生于后一个阶段. 同时计算结果揭示, 除了液滴与蒸汽界面处的Rayleigh-Taylor不稳定性较强外, 蒸汽膜覆盖的液滴破裂机理与无蒸汽膜覆盖的液滴破裂机理是一致的. 数值模拟结果的部分特征得到了相关实验的验证.     

简单液体径向分布函数的Gauss分解

通过分布函数曲线 4πrρ(r)可分解为Gauss峰的事实 ,从数学上证明 ,简单液体在几个原子层内 ,其径向分布函数 4πr2 ρ(r)也可进行Gauss分解 .并用θ θ高温X射线衍射仪测量了Al和Si的液态结构 ,由Al液的分布函数 4πrρ(r)和Al液及Si液的径向分布函数 4πr2 ρ(r)的分解结果 ,说明了简单液体径向分布函数在十分之几个nm的范围内进行Gauss分解是可以的 ,4πr2 ρ(r)的分解结果有更明确的物理意义 ,能很好地反映液体的近程有序结构 ,从而能提供有关简单液体结构更清晰的图景 .     

生物膜滴滤床降解低浓度有机废气的理论模型

将生物膜滴滤塔内的多孔填料简化为由多个管内覆盖有生物膜的竖直毛细管并行排列构成的填料, 建立了一个净化低浓度有机废气的毛细管模型. 运用两相流理论获得了毛细管内液膜厚度分布, 然后考虑气液界面、液膜和生物膜内的传质阻力以及氧对微生物生化反应的限制, 并结合生化反应动力学理论, 建立了气相、液相的传质方程以及生物膜内的传质与生化反应动力学方程. 对离散后的方程进行了迭代求解. 模型的理论预测值与净化低浓度甲苯废气的实验值基本吻合. 计算结果表明: 在一定的进口污染物浓度条件下, 滴滤塔的净化效率随气体流量和液体流量的增加而下降. 降解有机废气的速率主要受液膜传质阻力控制, 越接近滴滤塔废气, 进口的污染物降解率越高.     

温室春石斛兰花期与外观品质温度调控模型

低温春化处理是保证春石斛兰开花和外观品质的关键技术.针对我国温室春石斛兰生产中普遍存在的因春化阶段温度控制不当,导致不能及时开花和外观品质下降或成为盲花的问题,文中通过不同定植期和不同温度春化处理实验,定量分析了温度对春石斛兰春化进程和产品外观品质的影响,并进一步建立了温室春石斛兰花期与外观品质温度调控模型.用独立的实验资料对模型进行检验,结果表明,模型对不同温度条件下春石斛兰完成春化阶段所需天数、到达采收所需天数和外观品质的预测效果较好.模型对各个生育时期(从春化开始到花芽生长.花芽生长到现蕾,现蕾到始花,始花到采收期)预测值与实测值之间的决定系数R。为0.97,回归统计标准误RMSE分别为1 d(从春化开始到花芽生长)、1.58 d(花芽生长到现蕾)、4 d(现蕾到始花)、6.52 d(始花到采收期).采收时单株花蕾节数与单株花蕾数预测值与实测值之间的R~2分别为0.81和0.84,RMSE分别为0.62/plant和0.65/plant.对不同白天和夜间温度控制目标下,春石斛兰完成春化阶段所需的天数、到达采收所需天数和外观品质的模拟分析结果表明,当夜间温度为9～14℃,白天温度为18～28℃时,春石斛兰产品可以最快上市且外观品质最优.文中建立的模型可以为温室春石斛兰花期与外观品质的温度精准调控提供理论依据和决策支持.     

倾斜圆管内超临界压力CO_2流动换热数值分析

对超临界压力CO_2在内径为10 mm、加热长度为2000 mm、倾斜角度α=45°的倾斜光管内向上和向下两个方向的流动与传热行为进行数值计算.采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,通过超临界压力CO_2在垂直光管内向上流动传热的实验数据验证了计算模型的可靠性和准确性,分析了倾斜圆管内壁温度T_(w,i)和对流换热系数h沿圆管轴向和周向的变化规律.基于超临界压力CO_2在类临界温度T_(pc)处发生类气-类液"相变"的"类沸腾"假设,研究了超临界CO_2在倾斜圆管内不同方向流动时顶母线壁温分布产生差异的原因,通过获取圆管横截面内速度分布、物性分布和湍流分布等详细信息,重点分析了产生这一差异的传热机理.计算结果确定了类气膜厚度、轴向速度u、湍动能k和黏性底层厚度δ_(y+=5)是影响不同流动方向时顶母线壁温分布差异的主要因素.     

两层流体热毛细对流空间实验研究

1999年, 在我国实践5号卫星上完成了两层流体空间实验, 实验研究两层不相混合流体的纯Marangoni对流(温度梯度与界面垂直)与热毛细对流(温度梯度方向与流体界面平行). 前者存在发生Marangoni对流的最小临界温差值ΔT_c, 低于该值流体系统处于静止状态；后者中只要存在沿界面的温度梯度便会产生热毛细对流. 空间实验采用石蜡和氟化液两层流体新体系, 实现了平整的液-液交界面, 并从卫星上传回上万幅数字图像. 通过多幅图像叠加处理得到了定量的流速场. 数值模拟计算分析了相应工况时对流流动的速度场, 两者的流场结构和速度大小基本一致, 实验验证了理论模型.     

反铁电体的极化与介电效应

基于Kittel的反铁电体唯象理论,从正和反电场方向双吉布斯自由能的角度出发,导出了反铁电耦合条件下电场对偶极子转向和对正反极化强度的影响规律,最终得到了电场相关的反铁电体的电滞回线和介电常数.数值模拟的结论是:在一个电场周期内电滞回线呈现双回线;在半个电场周期内,介电常数呈现双峰.当改变反铁电耦合强度和温度时,得到的电滞回线与介电常数的变化规律与报道的实验结果相吻合.反铁电耦合强度的增强或温度的降低,都会使反铁电性增强,表现为反铁电相到铁电相的临界转变电场增大,并在一定条件下消失,即因极高的临界转变电场使反铁电回线转变为细长的铁电型电滞回线.深入分析表明,该回线实质上为强反铁电体的特性,而并非表面所呈现的铁电相.     

热毛细对流自由表面特征

在流体力学领域, 流体自由面变化是非常重要的物理现象. 研究了矩形池内由液池两端温度差引起的热毛细对流的流体表面变形和表面波问题. 该液池的水平横截面尺寸为52 mm ´ 42 mm, 液池内盛有液层厚度为3.5 mm的1000号硅油. 实验过程中液池两端温度差逐渐增加, 液层内流体的流动从稳定的对流逐渐转变为不稳定状态. 实验中将Michelson光学干涉测量技术与图像处理技术相结合, 发展形成一种实时诊断流体表面形貌的实验测量系统. 应用Fourier变换方法对激光干涉条纹图像进行了计算和分析, 得到了流体表面变形和表面波的定量的实验结果. 实验结果表明在热毛细对流的发展过程中, 首先出现流体的表面变形, 液池两端温度差达到一定值之后, 在该变形的基础上, 会有表面波的信息叠加在其中, 该表面变形和表面波与流体的温度梯度、表面张力等有直接的关系; 表面波隐藏在表面变形内.     

脉冲激光照射下混合工质超急速爆发沸腾研究

用脉冲激光加热浸没于不同体积配比的丙酮与乙醇混合液中的金属薄膜, 使其产生很高的温升速率, 从而导致混合液产生爆发沸腾. 采用快速瞬态温度检测系统测定了薄膜表面温度变化规律. 采用显微放大摄影系统观测与拍摄了混合液体工质产生爆发沸腾时汽泡生长的系列照片, 揭示了超急速爆发沸腾与常规沸腾的本质区别以及激光加热条件、混合工质体积配比等对超急速爆发沸腾的影响规律.