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。     

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。     

过渡状态冷凝传热模型

引入沟流级别的概念解释过渡状冷凝形态的形成特征,并在此基础上,将过渡状冷凝传热表示为通过滴状区与沟流区上的传热之和,建立了反映界面效应影响的过渡状冷凝传热模型.设计了人工形成沟流形态的冷凝表面,其实验结果与模型计算结果吻合;模型计算也与实际自然形成沟流冷凝形态的传热过程吻合.模型对滴状区的传热计算,以液滴分布时间序列构象模型为基础,并将滴状区最大液滴与沟流级别相关联,得到与界面效应相关的滴状区传热模型;沟流区传热计算,以在一定厚度液膜上的冷凝传热模型为基础,并根据沟流形态模型,求出液膜厚度与沟流区所占面积分率.模型描述了过渡状冷凝形态形成特征以及过渡状冷凝传热系数随表面自由能差渐进变化的规律.     

分割表面对蒸汽滴状冷凝传热特性的影响

实验测定了相同操作条件下涂层表面1:1分割前后水蒸汽冷凝传热通量与表面过冷度的关系,对分割表面上滴膜共存冷凝进行了研究,结果表明,分割表面上滴膜共存时的热通量比全部为滴状和膜状冷凝表面热通量的平均值大,且其差值随处理表面上接触角的增大而增大. 从固液界面效应的角度对该现象进行了分析,并解释了其原因.     

滴状冷凝强化含不凝气的蒸气冷凝传热机制

为了深入考察滴状冷凝强化混合蒸气冷凝传热传质过程的作用机制，在竖直表面上设计了完全滴状（DWC）、没有液滴向下脱落运动的条形分割滴膜共存（DFC）和膜状（FWC）3种冷凝形态的实验表面。对纯蒸气及含不凝气蒸气的冷凝传热过程进行了分析和实验研究，结果表明纯蒸气滴状冷凝与滴膜共存冷凝传热特性相近；而对含不凝气的冷凝，滴膜共存表面与膜状冷凝表面的传热特性相近；不凝气摩尔分数分别为0.9%、4.8%时，滴状冷凝较其他两种形态下的冷凝传热系数提高了30%～80%。其主要原因是由于混合蒸气冷凝传热阻力主要由气相边界层控制，滴膜共存冷凝并没有使气相的扩散传质过程得到强化，而完全滴状冷凝与设计的滴膜共存冷凝的区别在于后者仅存在小液滴的合并运动而没有大液滴向下脱落和对表面冲刷过程。根据二者实验结果的分析，认为滴状冷凝的大液滴脱落运动是影响气相传质的主要因素，大液滴脱落过程对气相边界层的扰动和剪切作用强化了气液界面传热传质特性。     

功能表面材料与流体界面相互作用对垂直降液膜流动特性的影响

通过调节水温度、添加表面活性剂以及铝合金壁面表面改性处理来改变降膜流体与固体表面之间的表面自由能差值,运用JDC-2000型精密测微仪测定垂直降液膜的厚度,研究固体表面和液体间相互作用对流体垂直降膜流动特性的影响;考察了液膜雷诺数、流体温度、添加表面活性剂、固体表面材料物理化学性质等因素对垂直壁面降液膜流动特性的影响规律。实验结果表明:改变固体表面与降液膜流体的物理化学特性,即改变固液界面的相互作用能够改变流体的降膜流动特性。降液膜平均厚度随液固表面自由能差的增大而减小。     

固液界面效应影响竖壁沟流波动研究

基于最小能量原理分析的竖壁沟流流动模型,认为当壁面为存在接触角滞后的非理想表面时,其控制方程的边界条件与滞后接触角有关,并分析了流量存在波动时沟流厚度的波动原因和范围.实验研究了一些液体在不同表面上的沟流流动,结果表明了沟流波动与界面效应有关的假设的合理性,沟流的实际厚度介于由滞后角限定的某一范围内,并且与沟流平均流量有关.若流率波动未超出由滞后接触角及沟流基础流量限定的范围时,沟流只在厚度方向发生波动;若流率波动超出这一范围,则沟流在宽度方向也开始伸缩.     

氟硅低聚物杂化疏水表面的盐水污垢特性

采用溶胶-凝胶法制备了一种氟硅低聚物杂化疏水材料并在铜基表面上涂覆了疏水涂层.基于动态热阻法,在盐度为0%和7%的条件下,测试了改性表面的盐水抗垢性能.结果表明,涂覆了氟硅低聚物杂化疏水涂层具有较低的表面能,垢层与金属表面之间的附着力差,污垢不易沉积.不同盐度下涂覆涂层的污垢热阻的渐进值低于铜表面的渐进值,抗垢效果明显.     

水分子团簇模拟及其在观测冷凝过程的应用

在气液相变过程中,水分子相互作用形成团簇,并产生分子间氢键,从而影响了羟基的振动频率。尺寸不同的团簇体系内氢键网络特性不同,红外吸收频率可反应OH所处的相邻氢键以及周围氢键的环境。本文采用密度泛函理论计算了不同尺寸水团簇的稳定结构和红外频率,分析了红外振动频率与团簇尺寸之间的演变关系。结果表明随着尺寸增大,内部水分子结构可能发生转变,(H2O)n团簇结构趋向于紧密的球形,并且伸缩振动频率向低频演化。研究结果可为通过红外光谱技术检测和确定团簇尺寸提供参考依据,并有可能用于水分子团簇在近壁区核化和生长过程的量化检测。     

滴状冷凝中液滴的脉动规律及分形分布模型中相邻两代液滴半径比参数

分析研究了滴状冷凝实验过程中液滴的随机运动行为以及液滴分布的分形特征,发现液滴的运动和分布与接触角及接触角滞后有关.得到了液滴分形分布模型中相邻两代液滴半径比与接触角滞后的关系式,该式计算结果与实验结果十分吻合.实验结果表明,在存在接触角滞后的表面上,液滴以脉动方式长大,导致液滴分布呈离散分代分布,并且,液滴脉动行为还受诱导因素的影响,在较强诱导因素作用的冷凝过程中,液滴分代呈明显的台阶分布;反之,在较弱的诱导条件下,分代特征不明显.液滴受接触角滞后影响而发生的脉动行为还表现为液滴偶然与随机的弹射.在液滴频繁脉动形成分代分布特征的过程中,液滴由接触角为前进角状态脉动到等体积下接触角为平衡角状态的可能性较大.