除湿槽对涡轮叶栅非平衡凝结流动的影响

为准确模拟汽轮机末级长叶片湿蒸汽流场,基于双流体模型开发了汽液两相非平衡凝结流动计算方法,对表面开设除湿槽的某汽轮机末级叶片进行数值研究,分析涡轮叶栅内不同除湿槽结构对非平衡凝结流动的影响及作用特点．结果表明,在叶片表面吸力面开设的除湿槽能有效降低叶栅喉部水滴成核率,从而降低相变引起的非平衡凝结损失,使叶栅出口的较大直径水滴数目显著减少;具有较大的来流进口宽度和引流结构的除湿槽结构,有利于提高湿蒸汽级长叶片表面的水膜抽吸效果．     

化学势的普遍化表达式及其应用

化学势是判断热力学系统相平衡的依据,是物质相变、扩散和化学反应的推动力。以能量公理为基础,从热力学基本原理出发推广了化学势的定义,导出了外场作用下化学势的普遍化表达式。外场作用下的化学势不仅是温度、压强和组分摩尔分数的函数,还与外场的特征参数有关。利用该普遍化表达式导出了重力场、离心力场和电磁场作用下的化学势,尤其是电场作用下电介质的化学势。利用该化学势研究了电场作用下纯物质的气液相变过程,结果表明,电场作用可以使极性物质的蒸汽压略有上升,对非极性物质没有影响,该结论与实验相符。对外场强化萃取和蒸馏等传质过程提供了一种新的研究方法。     

膨胀率对湿蒸汽自发凝结流动影响的数值分析

结合液滴成核、生长理论,在无滑移假设下,导出了描述存在自发凝结湿蒸汽两相流动的方程组,对喷管中的湿蒸汽自发凝结不平衡稳定两相流动进行了数值模拟,得到了沿喷管轴向蒸汽两相参数的分布。分析了相同进口蒸汽参数和喷管形状下,膨胀率对蒸汽压力、过冷度、水滴半径、蒸汽湿度沿轴向分布和成核率大小的影响。汽轮机内湿汽损失的大小与蒸汽过冷度、水滴半径、湿度大小和由于凝结产生的“压力冲波”剧烈程度等因素有关,膨胀率是影响这些因素的主要参数。通过选择合适的膨胀率,对通流部分进行优化设计,控制蒸汽凝结的成核过程,可以预期减小级的湿汽损失。     

水雾/蒸汽相变冲击冷却的数值模拟

利用ANSYS-CFX软件对T.Wang等人实验研究的水雾/蒸汽相变冲击冷却系统进行了数值模拟.并与蒸汽单相冲击冷却数值计算结果进行比较,数值研究水雾对冷却的强化作用.相变计算过程中,蒸汽作为连续相,直径为5 μm的水滴作为离散相;水滴在接近高温壁面过程中吸收汽化潜热,发生相变,变为水蒸气,以此达到强化冷却的作用.数值分析结果与实验数据比较接近,壁面加热热流为3 000 W/m2,加入4%浓度水滴的结果表明,由于水雾的作用在滞止点附近热传导系数比蒸汽单项冷却提高130%左右,在远离滞止点区域冷却效果减弱,在距离滞止区6倍喷射宽度时,冷却效果减少到可以忽略的水平;水滴的汽化吸收的热量对于冷却作用的贡献比较大.     

汽-气凝结液膜分布及换热特性的研究

基于双膜理论和边界层理论建立了水平管外汽-气层流凝结液膜厚度的数学模型.以水蒸汽-空气为例进行了计算,通过与相关文献进行比较验证,能反映汽-气凝结的换热特性.计算结果表明,沿管壁向下,液膜厚度逐渐增大,总传热系数逐渐减小,变化梯度均逐渐增大;若气膜分离,液膜厚度突增,换热系数有所增大,凝结换热强化.总传热系数随壁面过冷度减小而增大,随水蒸汽浓度减小而减小,随主流流速增大而增大.     

汽液固三相蒸发管内防除垢的数值模拟

假设汽液固三相循环流化床蒸发管内均匀覆盖一定厚度的硫酸钙结晶垢层,考虑垢层与流体间的耦合换热、管内流体泡核沸腾传热、汽液两相流体对垢层的剥蚀以及颗粒对垢层的碰撞磨损作用,初步建立了汽液固三相流系统防除垢的模型,并应用STAR-CCM+软件对其进行了数值模拟.结果表明,垢层表面温度和汽含率、污垢剥蚀速率以及颗粒对垢层的磨损速率都是影响汽液固三相蒸发管内防除垢的重要因素;增加表观流速和固体颗粒体积分数,可以降低垢层表面温度和汽含率、提高污垢剥蚀速率和磨损速率,进而可以强化蒸发管内的防除垢效果.     

蒸汽直接接触间歇凝结界面行为及压力振荡研究进展

间歇凝结由于具有过冷水周期性进入蒸汽管并排出的特点而不同于蒸汽直接接触凝结的其他流型,该过程伴随汽液界面瞬时热质传递和强湍流。文中主要从典型周期内凝结汽液界面演变过程、压力振荡以及热量传递三个方面进行回顾和评述,就间歇凝结的时空演变而言,可大致分为5个典型阶段,即汽泡增长、汽泡破裂、过冷水被吸入蒸汽管、管内凝结以及蒸汽再次喷出。在压力振荡方面,间歇凝结压力瞬变从负峰值开始后进行正弦波动,并具有低频高振幅的特性。目前,关于汽液界面瞬时传热方面的研究仍有较大提升空间,与之相关的界面传热系数大多通过简化模型获得。此外,在展望部分还对微通道条件下间歇凝结在电器元件高效散热领域的最新应用进行了简要评述。     

直接空冷凝汽器扁平管含不凝结气体的凝结换热

为深入了解直接空冷火电机组凝汽器的冬季运行特性,针对含有不凝结气体的扁平管内蒸汽顺流凝结传热过程,考虑了汽液两相流动的相界面剪切应力、相界面表面张力,以及相界面的扩散传质,建立了物理数学模型。改变扁平管出口不凝结气体的浓度、改变冷却能力,通过对数学模型的数值求解,得到冬季运行不同工况条件下,凝结温度和液膜厚度的空间分布。研究结果表明:在凝结过程的末端,出口不凝结气体含量对蒸汽冷凝温度的降低有显著的影响;可将出口不凝结气体含量作为直接空冷凝汽器提高防冻能力的重要控制变量。研究结果为直接空冷火电机组凝汽器防冻问题的解决提供了理论参考。     

由蒸汽压方程关联全氟烃体系的汽液平衡

蒸汽压方程代表了纯物质的汽液平衡关系,也是混合物汽液平衡关键的信息。将双流体理论与经典热力学相结合,得到了由纯物质蒸汽压方程表达的混合物汽液平衡关系式。用于低压条件下全氟烃体系的汽液平衡计算。仅需要１个二元相互作用参数,获得了满意的结果。与传统的方法相比,新方法具有模型参数少且规律性好、计算简单等优点,为进一步用本方法预测混合物的汽液平衡提供了可能性。     

水滴结冰相变体积膨胀规律

利用自制的半导体制冷显微试验观察装置,对冷表面水滴结冰过程中的相变发生点、相变瞬间时长和相应的水滴体积变化规律进行了定量测定,并着重对水滴结冰相变过程中的直径变化系数、高度变化系数和体积膨胀系数进行统计分析。试验结果表明,冷表面水滴结冰过程中相变自下而上完成;结冰过程中水滴超过1.09的体积膨胀集中发生在相变瞬间;相对于液体进入过冷状态的时间,相变瞬间短暂而迅速。研究结论在解释结冰过程中的短时间内大体积膨胀系数及变形带来的冻胀危害根源的同时,提出利用水结冰过程中自发的相变膨胀释能来降低部件表面结冰附着强度,为一种新型除冰/防结冰方法提供了理论和试验依据。     

Two-dimensional numerical simulation of hydrodynamic behaviors of drop covered with vapor film

Vapor explosion, characteristic of violent vapor production, is one of the importantphysical phenomena that occur following the severe accident of light water reactor,which is caused by direct contact of water with molten metal whose temperature is sig-nificantly above the boiling temperature of water. It is triggered with increasing the totalinterfacial area between metal and water due to the secondary fragmentation of largedrops, which are generated by the primary fragmentation of molten meta…     

Ab initio Study of Tunable Band Gap of Monolayer and Bilayer Phosphorene by the Vertical Electronic Field

Using the ab initio plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on generalized gradient approximation(GGA),we investigated the band-gap tuning in monolayer phosphorene(MLP) and bilayer phosphorene(BLP) by external electric fields applied perpendicular to the layers.The band continuously decreases with increasing applied electric fields,eventually rendering them metallic.For MLP,the phenomenon is explained in the light of the giant Stark effect,which is essentially characterized by the interlayer spacing,for the rate of change of bandgap with applied external field.The atomic distance and charges also contribute to the semiconductor-metal transition.The BLP is more sensitive to electric fields than MLP,since their charges are rearranged among bilayers and the bandgap can dramatically drop in terms of electronic field.The results show the bandgap will change for the fabrication of novel electronic and photonic devices.     

纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展

研究了纳米二氧化钛的制备及其在塑料制品中的应用。根据反应体系的物理形态不同,其制备方法可分为气相法、液相法和固相法三大类,其中气相法包括化学气相沉积法和物理气相沉积法;液相法包括溶胶凝胶法、水热法和液相沉积法;固相法又包括固体混合法和直接焙烧法两大类。塑料制品中添加二氧化钛具有杀菌消毒作用。     

矩形微通道内流动沸腾压力降实验研究

对去离子水在矩形微通道(0.54 mm×1.6 mm×330 mm)中的流动沸腾压力降特性进行了实验研究.结果表明:质量流速和出口干度对压力降有重要影响,总压力降随质量流速和出口干度的增加而增大;各分压力降中摩擦压力降占主要部分,其次是重力、加速和单相流压力降.在实验数据基础上拟合微通道内单相流摩擦系数关联式,预测值与实验数据吻合良好,对微通道内流动沸腾摩擦压力降的研究有重要的参考价值.     

转炉煤气回收系统文氏管喷淋降温与流动数值模拟

在转炉煤气回收系统中,文氏管内部有喷射行为的传热传质非常复杂。获得其内部的传热传质情况对文氏管的设计和运行管理具有非常重要的指导意义。视炉气为连续相、喷射液滴为离散相,考虑连续相与离散相在质量、动量和能量的相互作用,建立了数学模型,数值模拟了文氏管内部流动与传热行为,获得了文氏管出口温度、水蒸气质量分数和压力损失与喷射流量之间的关系。当喷射流量小于临界喷射流量时,出口炉气的温度和水蒸气质量分数随喷射流量的增大分别呈线性下降和上升关系;当喷射流量大于临界喷射流量时,炉气降温和水蒸气质量分数增长不显著。压力损失随喷射流量增大而增大。     

液氢和液氮绕水翼空化流动特性分析

为分析液氢和液氮两种低温流体介质的空化特性,通过对CFX软件二次开发,将Schnerr-Sauer空化模型和液氮、液氢随温度变化的物性参数嵌入到CFX求解代码中,同时耦合求解考虑汽化潜热影响的能量方程,从而在考虑热力学效应条件下,开展了液氢和液氮绕水翼空化流动的三维数值模拟研究,并将计算结果与试验数据进行对比,验证了数值方法的有效性.计算结果表明,热力学效应对液氢空化区域压力和温度参数变化影响更显著,在液氮空化核心区域内液相体积分数比液氢中的更小,在空泡尾部闭合区域从汽相向液相转化迅速.汽-液两相间质量传输特性可作为评估空化区域内温度、压力以及相体积分数分布的有效依据.     

磷酸铝分子筛的热稳定性研究

应用动态高温X射线衍射技术 ,研究了AlPO4 分子筛的热稳定性及随温度变化的X射线衍射峰强度 ,常温下考察了不同吸附时间下X射线衍射谱峰强度的变化。结果表明 ,A1PO4 分子筛作为催化剂载体的原始样品 ,在经高温预处理后 ,分解了残留在孔道内的有机物质和经脱附消除了水汽的影响 ,其结晶性能趋于最佳。在 90 0℃时骨架仍没有明显破坏 ,在 10 0 0℃时转化为磷铝致密相。AlPO4 分子筛吸附水汽并没有改变其基本的化学结构 ,此吸附过程是可逆的。此外 ,AlPO4 分子筛在低角区的X射线衍射谱峰强度对吸附水汽十分敏感     

Experimental Study and Numerical Simulation on Spray Characteristics of New-Type Air-Assist Nozzle

To investigate the spray characteristics of a new-type air-assist nozzle, three-dimensional laser phase Dopper analyzer (PDA) was used to measure the spray parameters. The external flow fields of the nozzle were simulated by means of computational fluid dynamics (CFD). The distributions of the diameter and the axial velocity for the droplets were analyzed respectively. The results indicate that, the mean diameter of the droplets fluctuates along the center axis. The distance between the measurement point and the nozzle increases, the axial velocity of the droplets decreases. The further the measurement point from the center axis is, the smaller the axial velocity of the droplets is. With the increase of the nozzle pressure drop, the axial velocity of the droplets improves while the mean diameter of the droplets is reduced, and the distribution uniformity of the droplets is better for the diameter. The simulation result agrees well with the experimental data. The average deviation ranges from 3.9% to 7.7%.     

电场中相平衡热力学模型的研究

从热力学基本原理出发,对电场中的热力学模型进行了理论推导,从理论上证明了外加电场对汽液平衡的影响,结果表明,对于二组元物系,施加电场与未施加电场情况下某一组分的液相组成之比的对数与溶液介电常数一次方成正比,与所施加电场强度的平方成正比。