喷嘴类型对制冷剂喷雾雾化特性及表面传热的影响研究

制冷剂瞬态喷雾冷却是辅助激光手术治疗皮肤病的重要手段,然而当前临床应用中存在冷却量不足、表面冷却不均匀等问题。喷嘴类型对制冷剂喷雾雾化均匀性及表面换热效率有显著影响,本文对比研究了直管喷嘴、膨胀腔喷嘴及环流气体辅助两相喷嘴进行R404A喷雾冷却时的雾化特性及表面传热特性。膨胀腔喷嘴及两相喷嘴具有更高的喷雾中心浓度,较直管喷嘴具有更高的冷却效率,并提高了冷却保护的均匀性及冷却范围控制的精确性,有望成为改善临床治疗效果的替代喷嘴。     

喷孔长度和喷油体温度对乙醇柴油空化及近场喷雾的影响

利用高速摄像机和放大比例的单孔透明喷嘴搭建可视化试验台,研究喷孔长度和喷油体温度对喷孔内乙醇柴油空化流动特性和近场喷雾的影响,试验用喷嘴的孔径均为2 mm,孔长分别为4 mm、6 mm和8 mm,喷油体温度分别控制在303 K、333 K和363 K。试验发现,随着孔内燃油平均流速的增加,各喷孔的空化现象依次经历了无空化、空化初生、空化发展和超空化5个阶段,短喷孔内更易发生空化现象,且在相同的空化阶段短喷孔的孔内燃油平均流速小于长喷孔;此外在相同进出口压差下短喷孔对应的近场喷雾锥角要大于长喷孔喷雾锥角。喷油体温度也会影响喷孔内空化流动特性和近场喷雾形态,喷油体温度越高,空化现象越强烈,空化变化速率越大;当喷孔进出口压差相同时,喷油体温度在303 K、333 K和363 K所对应的近场喷雾锥角依次增大。最大近场喷雾锥角所需的喷射压力随喷油体温度的升高而减小。     

R134制冷剂闪蒸瞬态喷雾和传热特性的实验研究

制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却是皮肤激光手术中的重要辅助手段,既能够提高激光能量改善治疗效果,又可以保护表皮正常组织不受激光热损伤.针对制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却过程中所涉及的喷雾动力学和复杂沸腾相变传热等学术难点问题,本文建立了制冷剂闪蒸喷雾冷却实验台,对R134a制冷剂闪蒸喷雾冷却的喷雾特性和表面传热特性进行实验研究,得到了制...     

R134a闪蒸喷雾液滴动力学特征实验研究

闪蒸喷雾是典型的气液两相流动,在能源、化工、航天、医疗生物和食品生产等领域中应用非常广泛,对闪蒸喷雾形成的气液两相流中液滴粒径与速度的分布规律进行研究具有重要意义。本文搭建了闪蒸喷雾实验台,以R134a制冷剂为闪蒸喷雾工质,通过特定喷嘴形成闪蒸喷雾气液两相流。应用PDPA对闪蒸喷雾液滴直径和速度沿喷雾轴向方向和径向方向进行系统测量,拟合出了液滴轴向和径向无量纲速度沿径向无量纲距离变化的经验关联式。     

双路离心式喷嘴的实验与数值模拟

通过实验与数值模拟方法开展了双路离心式喷嘴的研究。实验测量了喷嘴主、副油路在不同压力下的雾化锥角与流量特性,拍摄了喷嘴在典型工况下的喷雾场照片。数值模拟采用VOF(Volume-of-Fluid)两相流模型来模拟喷嘴内气液两相流流动,较好地模拟出喷嘴内的空气涡与喷雾锥角,所得到喷雾锥角与实验结果吻合较好。通过实验与数值模拟相结合的方法验证了双路离心式喷嘴的雾化性能,从而为双路离心喷嘴的设计和性能预测提供了理论基础。     

大冷量相变喷雾冷却的实验研究

相变喷雾冷却具有很高的换热效率和临界热流密度,为了获得大冷量相变喷雾冷却特性,文中设计并搭建了开式喷雾冷却性能实验台,采用R22制冷剂开展了大热流密度喷雾冷却特性的实验研究,详细研究了不同喷嘴入口压力、不同喷雾高度以及不同加热功率下R22的喷雾相变冷却效果。实验结果的分析表明:采用R22时最高热流密度可达到150W.cm-2,其对应的被冷却表面温度为-29.0℃,具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点;实验还从一定程度上揭示了喷嘴高度和喷嘴入口压力对R22喷雾冷却效果的影响。     

可调式引射器对两相流引射制冷循环系统性的影响

在两相流引射制冷循环中,采用引射器来代替膨胀阀,回收节流过程中的膨胀功。采用可调式喷嘴引射器,通过调节喷针的位置调节引射器喷嘴出口的流通截面积来改变工作流体的流量。对以R134a为工质的两相流引射制冷循环系统进行实验研究并对引射器内部的流动进行数值模拟,分析喷嘴喉部截面积和扩张角对R134a两相流引射制冷系统性能的影响。模拟结果和实验结果均表明:在定工况条件下,引射器的引射比随喷嘴喉部截面积的增大而升高,而随喷嘴扩张角的增大先升高后减小,在喷嘴扩张角为3°时取得最大值。系统的COP随喷嘴喉部截面积的增大先升高后减小,在喷嘴喉部截面积为2.84mm2时,系统COP取得最大值。     

空气雾化喷嘴喷雾特性实验研究

基于在低温环境下使用空气雾化喷嘴进行喷雾结冰实验的实际需求,在喷嘴投入使用前,标定了日本雾的池内公司生产的BIMJ 7004型空气雾化喷嘴的喷雾特性,包括各工况下的压缩空气流量、水流量,喷雾锥角和液滴群中值体积直径(MVD),并重点探究了环境温度对MVD的影响。实验结果表明,喷嘴喷雾的MVD受喷嘴气路和水路入口压力的影响最大,且基本不受环境温度的影响,即在0²0℃的环境温度下,喷雾距离D=0.8 m时,喷雾中心线处的液滴蒸发对MVD的影响很小。     

喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却性能的影响

为了满足大功率激光器件高热流密度及低表面温度的冷却需求,以R22为冷却工质,实验研究了在闭式系统中改变喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却中临界热流密度、冷却温度等冷却性能的影响,实验结果表明:在喷雾入口压力为0.8 MPa,喷雾高度为22 mm,入口温度为-3 ℃的实验条件下,当喷雾腔压力在0.2~0.4 MPa范围内变化时,随着喷雾腔压力的升高,临界热流密度值（CHF）先增大后减小,存在最优的临界热流密度,冷却壁面温度随着喷雾腔压力的升高而上升;当改变喷嘴孔径时,CHF存在最优值,过小及过大的孔径均会影响喷雾冷却性能;当喷嘴孔径为 0.4 mm,喷雾腔压力为0.34 MPa时, CHF值最高,为276.1 Wcm-2,其对应的被冷却表面温度为26.8 ℃,表面换热系数为 66 640 Wm-2K-1。     

雾化角对液体火箭发动机燃烧室压力振荡的影响

针对液氧/煤油火箭发动机模型燃烧室实现了三维非稳态两相燃烧过程的数值模拟,得到的燃烧室截面平均压力和平均速度与实验吻合。在初边值条件不施加任何扰动的情况下,得到了燃烧室压力自激振荡过程,并研究了液氧和煤油喷嘴雾化角对燃烧室压力振荡的影响。计算结果表明:当雾化角为40°或120°时,由于燃料与氧化剂喷雾锥重叠区域较小或较大,导致了推进剂混合很差或很好,不易在燃烧室头部出现局部爆炸性的可燃混气团,致使燃烧室压力振荡强度较弱;而当雾化角为中间值65°时,易于出现爆炸性的可燃气团并导致剧烈的压力振荡,使燃烧室中出现燃烧不稳定性。因此,雾化角的合理设计是抑制燃烧不稳定性的一种途径。     

两段式喷嘴引射器制冷循环系统性能的实验研究

使用两段式喷嘴的引射器可以将喷嘴中较大的制冷剂液滴破碎,从而有效提高两相流引射器及制冷系统的效率。以R134a为工质,对采用两段式喷嘴引射器的两相流引射制冷系统进行了实验研究,重点分析了固定工况下喷嘴的几何尺寸对引射比及系统性能的影响。结果表明,随着引射器喷嘴第一喉部面积的增加,其引射比逐渐增大,系统COP整体上呈上升趋势;随着引射器喷嘴第二喉部面积的增加,引射比也逐渐增大,而系统COP先升高后降低,在第二喉部面积为2.83mm2时达到最大值;较小的第一段喷嘴扩张角可显著提高引射器的引射比。     

含润滑油R134a在微通道内沸腾-空化耦合实验研究

混入了矿物润滑油的制冷剂R134a,流经带有空化结构的微通道,发生了沸腾-空化耦合相变现象。无氧铜铜板上刻有长150 mm宽0.8 m深1 mm的微通道,微通道内置有长4 mm宽0.2mm的矩形空化结构。铜板上面覆盖有玻璃片。观察测量不同流量及不同加热量下通道内的流形及通道背面温度。实验结果表明:润滑油抑制了相变现象的发生,降低了换热效率;工作介质为混入润滑油的制冷剂时,通道背面温度远高于工作介质为纯净制冷剂时的通道背面温度。     

基于大涡模拟的柴油机喷嘴内空化效应研究

针对柴油机喷射压力日渐增加及喷孔愈趋微细化背景下的喷嘴内部空化流动问题,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)及混合均相流(Homogeneous Equilibrium Mixture,HEM)模型,对高压微细喷孔内空化流动进行了多维数值模拟研究。根据喷孔内部不同区域的流动的敏感性,运用变阿格技术建立了1/4喷嘴计算模型,并采用E.Winklhofer试验结果验证了数学模型的合理性。结果得出:超高喷射压力及微细喷孔条件下,喷孔内部空化层的演变速度极快;孔内空泡的溃灭过程促进了湍流涡团量的增加,内部湍流涡团密集区域与空化区域一致;小孔径下喷孔内部空化区域更为明显,空泡在出口处溃灭产生的流体微射流增强了出口处的湍流扰动强度,与内部空化的共同作用下有利于改善燃油的雾化质量。     

矩形微槽道内R134a流动沸腾换热特性的实验研究

本文主要研究了制冷剂R134a.在水平矩形(截面为1 mm×1 mm)微槽道内的流动沸腾换热特性。通过可视化手段观察到流动沸腾过程中的流型变化。同时得到了质量流速在60~1100 kg/(m~2s)、热流密度在33~120 kW/m~2时的流动沸腾换热系数,并对R134a的沸腾曲线作了讨论。通过可视化结果,发现了从泡状流到干涸流的7种流型。换热系数随着热流密度的增加而增加,干涸流的出现会导致换热系数迅速减小。核态沸腾传热在受限气泡到弹状流阶段得到增强。在搅混-环状流到环状流阶段,R134a的传热系数稳定在一个较高的值。此外,质量流速越大,CHF值越高。     

环路热虹吸管间歇沸腾可视化实验研究

针对两相环路热虹吸管中出现的间歇沸腾不稳定现象,分别以R134a、水和无水乙醇作为工质,通过流场可视化实验观测,探究了间歇沸腾出现的条件及其对环路传热特性的影响。实验结果表明,在中等充液率和中等加热热流密度条件下更容易发生间歇沸腾现象;流型的周期性变化引起环路内部压力和温度波动,同时会增加环路的均温性;流型变化和波动特性因工质不同而有所差别,水作为工质时,波动周期更长,流型变化及压力波动更复杂。     

液体气化热实验研究

设计了气化热量热器本体,该装置测量压力可达6 MPa,温度范围233~400 K。建立了绝热量热气化热实验系统,利用该系统对制冷剂R134a及制冷剂R600a的气化热数据进行了测量,温度范围分别为284.88~340.95 K和281.71~335.48 K,测量结果与NIST相比最大相对偏差为-2.29%,平均相对偏差小于±1%。     

电子膨胀阀对电动汽车空调系统的调节特性研究

电子膨胀阀是电动汽车空调系统的主要调控部件, 探究其调节特性对于制定系统控制策略具有重要意义. 本文搭建了以 R134a 为制冷剂的电动汽车空调系统实验台, 研究了电子膨胀阀调节过程中, 空调系统内制冷剂流量和压力的动态变化规律, 分析了不同压缩机转速下, 阀开度对系统制冷量、 空调箱出风温度、 压缩机功耗和系统COP 等性能参数的影响. 结果表明: 阀前制冷剂相态是影响电子膨胀阀调节时系统压力变化强弱的重要因素.在阀前制冷剂为过冷液态时, 调节阀开度对系统压力影响更大, 并且在阀前制冷剂具有较大过冷度( 大于10 ℃ )时, 下调阀开度会导致短时间的过节流造成系统压力大幅波动; 系统中制冷剂循环流量与阀开度呈线性变化趋势,不受阀前制冷剂相态的影响. 在实验工况下,100% 阀开度对应的制冷剂循环流量为97.2 ~115 .5 kg/h, 阀开度每下调10% , 系统中制冷剂循环流量下降6 % ~9 % .     

新型混合制冷剂R744/R152a的热力学性能评价

针对CO_2(R744)制冷剂在制冷系统中压力过高,效率较低的缺点,现有人工制冷剂环保性差,即将被淘汰等问题,提出了用于改良CO_2制冷剂的混合制冷剂R744/R152a。使用ASPEN HYSYS建立了仿真系统,并通过仿真结果确定了新型制冷剂的最优配比,为R744/R152a:0.875/0.125,通过进一步的仿真分析,发现新型混合制冷剂的COP、制热量、制冷量都有很大提升,排气压力与CO_2相比降低了1.6—1.8MPa,对CO_2制冷剂的应用与发展提供了新的思路。     

混合制冷剂波转子增压特性研究

为了研究波转子在自复叠制冷中的应用,对双蒸发器波转子自复叠制冷循环进行热力学分析,并使用数值模拟的方法对制冷循环中波转子的增压升温性能进行研究,调整制冷循环输入参数和波转子结构,实现波转子增压性能与制冷循环要求匹配,得到波转子端口尺寸及相对位置,可作为波转子结构设计的条件。在高低压两侧压比为2的条件下,研究R134a/R23混合制冷剂混合比例对波转子性能影响结果显示,随着R134a所占比例降低,激波后压力略有降低;压力波传播速度变快,波转子端口宽度变窄(R134a摩尔分数由1降至0时高压端口宽度减小22.89%)。     

两相流引射循环制冷系统性能的数值模拟

文中提出了两相流引射制冷循环系统稳定工作判据,并据此对传统两相流引射制冷循环系统进行了改进,增加了辅助蒸发器以使系统稳定工作.在此基础上,对以R134a为制冷剂的汽液两相流引射制冷循环的系统性能进行了数值模拟,分析了不同工况、不同引射比对系统性能的影响.数值模拟结果表明:在给定冷凝压力和蒸发压力工况下,两相流引射制冷循...