真空环境下乙酸液滴过冷凝固过程传热传质特性

利用真空闪蒸系统对乙酸液滴在真空环境下的过冷凝固过程进行了动态观测,建立了针对单个乙酸液滴在真空环境下过冷凝固过程的传热传质数学模型。模型考虑了液相和固相内的温度分布,引入过冷凝固的动力学条件以及表面升华的传质方程描述凝固界面与升华界面的运动。综合实验测量数据和模型计算结果,掌握了乙酸液滴在环境下过冷凝固过程中的温度变化,比较了乙酸液滴和纯水液滴过冷凝固过程中温度变化的特征,分析了环境压力对液滴温度变化的影响。结果显示:与纯水液滴相比,乙酸液滴具有更高的凝固平衡温度,在实验过程中更早开始凝固。由于乙酸凝固潜热较小,再辉阶段温度上升较为缓慢,凝固时间较短。环境压力越低,凝固过程中液滴过冷度越大,凝固速度越快,液滴最终温度越低。     

蔗糖溶液液滴真空闪蒸特性实验研究

针对蔗糖溶液液滴的真空闪蒸特性进行了实验研究,获得了蔗糖溶液液滴的形态和温度随时间变化特征。结果表明,由于真空压力和溶液浓度不同,液滴经历六种形态。当真空压力pa500 Pa时,随蔗糖溶液质量浓度由高至低,出现多次气泡生长-爆裂并析出蔗糖、多次气泡生长-爆裂、气泡迅速生长-爆裂;当真空压力800 Papa2000 Pa时,随蔗糖溶液质量浓度由高至低出现:单次气泡生长-爆裂、凝固;当真空压力继续上升至pa2000 Pa时,液滴稳态蒸发。对液滴温度变化的实验研究表明:随环境压力迅速下降,液滴温度也迅速下降,当真空压力维持不变后,液滴温度下降速度减慢,直至达到最低温度后,液滴温度逐渐回升。伴随多次气泡生长-爆裂过程中,热电偶测量液滴温度会出现振荡,这是由于气泡爆裂带走热量,使热电偶测量温度迅速下降;其后热电偶温度逐渐回升。回升过程也分为两个阶段:当气泡在热电偶结点附近产生时,热电偶测量温度回升缓慢;当气泡脱离热电偶结点,测量温度迅速上升,直至再次爆裂。     

水滴在真空室内结晶过程的模拟

模拟真空室内水滴结晶过程是模拟真空雾化法制备冰浆系统的第一步。模拟了液滴在真空室内从较高的温度降温到零度,之后到一定的过冷度,然后发生相变为液-固两相,到最后为全部固相的整个过程。在该过程中热质传递迅速发生,模拟结果表明蒸发或者升华控制了整个过程。以扩散模型和以对流模型所得到的结果都与实验结果在一定程度上吻合,这是因为通过对流或者导热所传递的热量比相变潜热要小几个数量级。在整个结晶过程中液滴温度的变化表明:液固相变要占据较长的时间,是一个更为重要的过程。考虑重力、浮力和粘滞力的影响给出了液滴在结晶过程中的运动方程。从该模型计算出的液滴结晶过程中下降距离比仅考虑重力作用下给出的要准确。研究结果为更好的设计真空闪蒸室提供了理论依据和参考。     

考虑热效应的液氢气泡生长特性研究北大核心CSCD

根据单个气泡的生长特点,考虑液氢的热效应和气泡内部温度分布,通过联立求解热平衡方程、热扩散方程、Rayleigh-Plesset方程和半无限大空间的导热方程构建了单个气泡生长的数理模型。通过液氮工质中气泡的生长实验结果验证了模型的正确性,进而对比了几种典型低温工质中气泡半径的热力学生长过程,分析了不同工质热效应参数对气泡半径和半径临界时间的影响。此外还研究了液氢中单个气泡的半径生长过程和半径临界时间随环境压力和过热度的变化规律。     

盐水溶液液滴真空闪蒸特性实验研究

针对盐水(Na Cl)溶液液滴真空环境下的闪蒸过程进行实验研究,获得了不同浓度下盐水液滴的形态及温度变化特征。结果表明:由于盐水液滴浓度和真空压力的影响,其真空闪蒸过程较纯水液滴更为复杂;盐水液滴在真空环境中会经历五种典型形态:稳态蒸发,气泡生长-蒸发,稳态蒸发-凝固,气泡生长-凝固,析盐。当盐水浓度达到共晶浓度22.4%时,会发生析盐现象;盐水浓度较低(5%)时,会发生凝固现象。盐水液滴析盐过程较凝固过程持续时间长,且会持续放出热量,将液滴加热至较高温度。多次实验对比发现,最终环境压力较低(pa1000 Pa)且液滴初始温度较高时,析盐过程明显且迅速。     

真空闪蒸喷雾冷却中非等温液滴闪蒸特性的研究

真空闪蒸喷雾冷却是利用液体工质在真空环境下相变吸热来冷却加热表面的新型冷却手段。具有散热能力强、所需工质少,与加热表面没有接触热阻等优点,在航天器电子元器件冷却方面具有广阔的应用前景。液滴闪蒸是真空闪蒸喷雾冷却闪蒸过程的重要组成部分,要研究整个真空闪蒸喷雾冷却系统的闪蒸过程就必须对液滴的闪蒸特性进行研究。本文考虑液滴闪蒸过程中液滴内部存在的温度梯度和对流的影响,采用扩散控制蒸发模型并结合导热方程,对液滴的热导率进行修正,建立了热导率修正模型计算直径为微米级液滴在毫秒量级时间内的真空闪蒸特性,并通过实验验证。研究结果表明,导热模型较等温模型能更准确地预测液滴温度的变化;液滴闪蒸导致液滴到达被冷却表面时,其温度下降明显,但体积几乎没有变化;并且,环境压力越低,液滴的初始半径越小,液滴速度越大,液滴闪蒸对液滴温度的影响越明显。     

真空热处理炉瞬态传热过程的数值模拟

建立了一个三维真空热处理炉的非线性有限元模型,该模型的热源是电流通过加热体产生的焦耳热,传热途径主要考虑了加热体与内屏蔽层间、各屏蔽层之间的非线性辐射传热.利用有限元软件ANSYS对真空热处理炉加热过程中的瞬态温度场进行了模拟计算,得到了热电偶温度随时间的变化曲线,并与实验结果进行了比较,讨论了进一步提高计算准确性的途径.     

真空射流闪蒸特性的气泡动力学分析

针对液体射流的真空闪蒸特性,建立气泡动力学模型分析了射流内部的气泡生长特性,并提出用无量纲数C_h描述真空射流中的气泡生长条件。通过数值仿真方法模拟了气泡在真空射流中的生长过程,研究了气泡初始半径、液体粘度、射流温度和射流半径等参数对气泡生长的影响。在真空环境中开展了不同液体工质的真空喷射试验,试验结果与C-h数预测结果吻合良好;开展水射流的闪蒸试验,获得了破碎距离的变化规律,并与计算结果进行了对比分析。     

喷管内临界泡状流计算分析

基于均质混合流模型,引入Rayleigh-Plesset方程考虑气泡动力学作用,采用拉格朗日有限体积法,进行喷管内非稳态泡状流计算。分析临界泡状流的特性,并把流场计算结果与相关实验数据对比,吻合较好。将不同边界条件下的临界泡状流计算结果进行对比分析,得到了入口含气率、压力及初始气泡半径对临界泡状流动的影响。结果表明:临界入口速度随着入口含气率的增大而减小,而随入口压力、初始气泡半径的增大而增大。     

盐水液滴真空蒸发过程的热力学研究

基于质量与能量守恒原理、热力学理论和相变传热传质原理,建立了单个盐水液滴真空蒸发过程的数学模型,对比理论模拟结果与实验数据,验证了模型的有效性。通过模型计算探讨了液滴的无量纲面积,液滴内部浓度分布和温度分布随时间的变化,理论分析了盐水液滴真空蒸发过程中温度变化的影响因素。结果表明,抽真空过程中,盐水液滴内部存在显著温差,而浓度梯度很小。最终环境压力、液滴初始盐分浓度和初始直径对温度变化影响显著;而液滴初始温度对真空蒸发过程影响很小。     

油中水滴真空蒸发动态特性研究

为了获取油液真空蒸发脱水的动态特性,采用“假想薄膜理论”,考虑了Stefan流、水滴瞬态加热等因素,建立了油中水滴的蒸发过程的质量守恒、能量守恒方程以及水滴运动的耦合方程;分析了油液真空蒸发脱水这一复杂的耦合过程中油中水滴表面蒸发特性,水滴在油中的传质、传热效能及其影响因素;结果表明油液环境介质利于水滴与环境的传热,且真空压力对水滴蒸发的效能具有较大的影响,对深入研究真空滤油机的油水分离机理奠定前期基础.     

液滴干燥过程的模拟研究

为更直观地体现液滴蒸发历程,详细分析液滴内部溶剂浓度与液滴比热、液滴表面饱和蒸气压、溶剂扩散系数之间的耦合关系,建立同时考虑液滴内部温度梯度变化及浓度梯度变化的单液滴蒸发模型,并基于网格重构技术解决液滴蒸发过程中的动边界问题,分别以纯水滴和硫酸钠溶液液滴蒸发为例,模拟分析不同操作工况下,液滴滴径、液滴内部温度梯度及溶质浓度梯度的瞬态变化。结果表明:数值模拟的结果与实验结果基本吻合。     

PMT水下内爆冲击波强度与传播特性研究

为研究光电倍增管(PMT)水下内爆后产生的冲击波强度及其传播特性,首先以气泡动力学、气泡破裂动力学理论为基础分析了球形气泡溃灭时长与气泡破裂回弹阶段冲击波传播特性,指出了真空容器水下内爆与气泡溃灭物理过程的相似性和特殊性。建立了水下气泡溃灭数值仿真计算模型,通过与文献实验结果和理论结果的对比验证了数值计算方法的可行性。最后以实际工作环境为基础对PMT水下内爆过程进行了数值模拟,分析了PMT外形尺寸对冲击波传播特性的影响,确定了PMT水下内爆的冲击波强度,为PMT防爆工作提供了针对性的参考。     

低压环境固着盐水液滴蒸发析晶过程实验研究

实验研究了低压环境下固着盐水液滴在不同基底表面(铜、载玻片和聚四氟乙烯)的蒸发析晶过程,分析了表面性质和环境压力的影响。结果表明,低压环境下易在接触线处析出白色盐晶。铜表面由于表面能较大,接触面上覆盖盐晶体,液滴蒸发过程接触直径几乎不变,接触角逐渐减小。在载玻片表面,当环境压力较高时,液滴蒸发造成接触线收缩,伴随盐晶体的生长和移动接触角波动。在聚四氟乙烯表面,接触面处易产生气泡,气泡的生长和爆裂导致接触角明显波动。Pe数可以揭示液滴蒸发过程外部传质扩散和内部离子扩散的相对大小。研究成果有助于指导海水淡化的工业应用。     

应用逐层传热模型分析高真空多层绝热中的传热过程

本文在量热研究所得到的实验数据的基础上,通过建立逐层传热模型,对高真空多层结构中的传热过程进行了分析.计算结果和实验数据的比较表明:模型较好的解决了反射屏间固体传热量难以用特定的公式进行计算的难题,计算得到的当量热导率与实验值的误差在30%以内,符合工程计算的要求.由此可见,逐层传热模型可以较好地反映层间的传热过程,这为以后的高真空多层绝热结构的理论研究打下了坚实的基础.     

基于平衡原理的液滴接触角估计方法

基于液滴表面力的平衡原理推导了一种新的液滴表面曲线方程,通过提取图像上的样本点,以牛顿-拉夫逊法拟合曲线方程为基础来获取接触角的估计值,从而得到了一种基于平衡原理的液滴接触角估计方法。通过JGW-360A接触角测定仪采集实测图像,针对水滴与不同材料的接触场景进行了实验,采用Canny法获取液滴边缘曲线并提取采样点,计算出液滴表面接触角。将该算法与传统的影像分析法进行了比较,在大角度下与传统影像类方法相比估计值差别约为0.2°~0.3°,实验结果验证了算法的有效性。     

微液滴铺展动力学模型及实验验证

为了研究壁面的润湿动力学行为,通过对离散化的液膜进行力学平衡方程推导,提出了一种液滴沿壁面铺展的动力学模型;模型以加速度方程表示铺展的动态变化,避免从能量角度计算复杂性的问题;利用动态接触角分析仪进行润湿实验,比较数值计算与实验结果。计算结果表明:得到的接触角随时间呈指数规律变化;液滴表面张力越小液膜越容易铺展,且所需的铺展时间越短;液滴度对铺展起阻碍作用,且缩短铺展时间;接触角动态变化规律整体一致,标准偏差在1.5°以内,说明本模型能够准确地反映液滴铺展的动态过程。     

CaO-Al2O3-SiO2系玻璃分相的计算机模拟

据结晶学、热力学与动力学理论,利用ＴＥＭ、图象分析仪和计算机,模拟了ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系玻璃的液滴状分相过程,研究中,结合相变理论与实验数据,建立了数学－逻辑复合分相模型,模拟结果表明,由成核－生长机理控制的玻璃液滴状分相,形成对数分布的主要条件是：液滴相临界半径大某一徨定范围内波动：液滴相生长相对线速度应是５％～１０％;而开始分相液滴相临界半径和终止分相对液滴相半径的绝对值与分布类型无     

液氧输送管路气泡生长及流动冷凝过程研究

通过对气泡进行动力学和热力学分析,构建了描述气泡在液氧输送管路中生长及流动冷凝全过程的理论模型。通过编程计算获得了气泡在整个生命过程中的尺寸、温度和运动轨迹的变化情况,预测了气泡的脱离直径和流动冷凝长度,并分析了注气速率和液体流速等热流参数的影响。计算结果表明,在气泡的生长过程中,气泡脱离直径随注气速率的增大而增大,随液体流速的增大而减小。在气泡的冷凝过程中,气泡的流动冷凝长度随注气速率的增大而增大,随液体流速的增大而缓慢增大并逐渐趋于稳定。     

氧氮相变对液氢泛溢过程数值模型的影响分析

基于计算流体力学的方法,构建了大规模液氢泛溢情况下的两相多组分流动的NavierStokes方程以及湍流封闭方程,建立了大规模液氢泛溢的数值模型。利用美国国家航空航天局于1981年完成的大规模液氢泛溢实验的数据进行了模型验证,并比较了模型在考虑和未考虑氧和氮相变2种情况下的数值计算结果,发现考虑了氧和氮相变的数值计算结果,相比于没有考虑氧和氮相变的数值计算结果,更加接近实验结果。