基于涡流管能量分离效应的数值模拟

获得涡流管内的温度场分布是揭示涡流管内气体能量分离机制的首要问题和关键问题。考虑到管内气体运动的强旋流特性，采用计算流体力学(CFD)中的Realizable 湍流模型对涡流管内三维可压缩强旋流气体所产生的能量分离效应进行了数值模拟，获得了相应的总温、静温与动温沿轴向、径向的分布。由于涡流管中的零轴速包络面是内外旋气流的分界面，依据数值模拟结果，分别得到了涡流管中内外旋气流的混合平均动能和混合平均滞止焓沿其出口方向的变化曲线。为了验证数值模拟结果的准确性，将冷端气流温降随冷气流率的变化关系与实验值相比较，二者吻合较好。同时采用无量纲的分析方法将数值结果与前人的实测结果加以比较，进一步验证了模拟结果的准确性。     

涡流板能量分离特性实验研究

涡流板由多个涡流管集合而成，可以克服单个涡流管制冷量小的缺点．用实验方法研究了人口参数和冷流比对涡流板能量分离特性的影响．实验中以空气为介质分别研究了人口温度、压力及冷流比对涡流板的制冷效应、制热效应、绝热效率的影响规律．研究结果表明，人口温度升高有利于涡流板能量分离；人口压力升高，涡流管制冷、制热效应增加而绝热效率下降；冷流比增加，涡流板制热效应和绝热效率增加，而制冷效应下降．因此，涡流板与单管涡流管具有相同的能量分离特性，为进一步研究涡流板奠定了基础．     

涡流管内流动与传热数值模拟

引言 涡流管具有结构简单、无运动部件、运行可靠、系统体积超小等特点,在有特殊要求冷却或制热需求的领域,有着极为广泛的应用前景[1].尽管涡流管结构极为简单,但是发生在涡流管内部的能量分离现象则极为复杂,至今仍没有一种精确的理论能够解释其能量分离机制.     

N掺杂6H-SiC电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,对本征6H-SiC和Si空位、C空位、N掺杂6H-SiC的电子结构及磁性进行了计算。计算结果表明:本征6H-SiC和单一的N掺杂6H-SiC均没有磁性,但可以通过Si空位的引入产生自旋极化。在N和Si空位共掺杂6H-SiC的结构中,Si空位近邻的C原子自旋向上与自旋向下的态密度图明显不对称,主要是由与Si空位近邻的C-2p轨道的自旋极化引起的。N和2个Si空位共掺杂6H-SiC的结构呈现反铁磁性。     

Cu掺杂SnO2(110)面对CO气敏机理的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了有毒气体CO在本征和Cu掺杂SnO_2(110)面不同原子位的吸附,通过对吸附能的比较得出了最佳吸附位置及吸附结构。计算结果表明,本征SnO_2(110)面对CO的吸附很弱。而对于Cu掺杂SnO_2的(110)面,掺杂浓度选2.7%和5.4%两组,分别用Sn_(15)CuO_(24)和Sn_(14)Cu_2O_(24)表示。通过比较本征和不同Cu掺杂浓度下SnO_2(110)面上CO的吸附能和电荷布居,发现Cu掺杂可显著提高CO的吸附性能,其中Cu掺杂浓度为5.4%的Sn_(14)Cu_2O_(24)表面的吸附活性位点增加,吸附效果最好。     

涡流管内三维强旋流流场数值模拟

根据流体在涡流管内流动的强旋流特点,建立涡流管内流体流动的三维物理模型,采用计算流体力学中Realizable κ-ε模型对涡流管内流动进行数值模拟,得到切向、轴向与径向流速的分布规律,并对涡流管内部流场的循环流特性进行详细分析.在此基础上,利用量纲一分析方法将数值结果与前人的实测结果加以比较,在一定程度上验证了模拟结果的精确性.数值结果表明,涡流管内的流体流动呈现出复杂的三维流动状态,从旋涡的角度来看,有准自由涡与准强制涡的组合运动;从轴向与切向运动的合成而言,有外旋流与内旋流之分;从径向与切向的综合流动分析,则有所谓的螺旋流存在;就径向与轴向运动的合成而言,则有循环涡流的存在;轴向流速包络面是内外旋气流的分界面,内外旋气流以循环涡流的形式通过轴向零速包络面不断进行传热传质交换.     

涡流板制冷特性的实验研究

引进集成整合的观念，研制成新的制冷装置（即涡流板），并利用涡流板制冷实验系统，以压缩空气为介质，对涡流板的制冷特性进行实验研究，获得了涡流板的制冷性能参数与入口气流参数及冷流比之间的关系。研究结果表明：涡流板同单管涡流管相比具有相同的制冷，洼能，为涡流板进一步研究奠定了基础。     

涡流管内温度分布试验研究

涡流管内气体能量分离过程的突出表现是温度沿轴向、径向的分布,因而获得管内温度场分布是揭示涡流管内气体能量分离物理机制的首要问题和关键问题.根据管内三维强旋转流场特点,设计涡流管测温方案,利用自制微型热电偶对其内部温度场进行试验测量,获得了不同冷气流率条件下的温度场分布特性.研究表明:所制作的微型热电偶能够满足试验要求,试验结果能够很好地反映涡流管内温度场的分布规律,从而为进一步深入研究涡流管的能量分离机理创造条件.     

菱苦土处理铵氮废水的研究

在以氨或碳铵法工艺制备镁盐过程中有大量的铵氮废水产生,对环境造成了污染。为了寻找铵氮废水的合适的综合利用途径,以菱苦土为分解剂与废水中的铵盐反应,研究了菱苦土加入量、反应时间和温度条件对废水中铵盐分解率的影响。结果表明,在优化工艺条件下铵盐分解率达到90%以上。优化工艺条件的确定,为以氨法制备氢氧化镁或以碳铵法制备碱式碳酸镁生产过程中工艺废水的处理奠定了理论基础,也为氨的回收及循环利用提供了条件。     

第一性原理计算Al原子及空位掺杂6H-SiC的电子结构和磁性能

基于密度泛函理论的第一性原理,研究了6H-SiC的不同掺杂体系如碳空位(V_C)掺杂体系、硅空位(V_(Si))掺杂体系及(Al,V_(Si))共掺杂体系的电子结构和磁性。结果表明:单独的V_C或V_(Si)掺杂体系具有微弱的磁性,而(V_C,V_(Si))共掺杂体系呈现出强烈的磁性,其原因归结于V_C和V_(Si)之间强烈的耦合效应,致使碳原子附近的空位产生强烈的自旋极化。虽然在Al原子单独掺杂6H-SiC的体系中没有发现磁性,但是(Al, V_(Si))共掺杂体系具有明显的磁性,表明磁性并非源于Al原子的3p轨道,而是来源于C原子的2p轨道。研究结果为6H-SiC在稀磁半导体自旋电子器件上的潜在应用提供理论依据。