多孔泡沫金属强化相变传热研究进展

综述了近些年来多孔泡沫金属强化相变传热与应用的研究进展,主要分为实验研究和数值模拟研究两个方面.泡沫金属强化相变传热的实验研究进展主要包含池沸腾传热、管内流动沸腾传热、作为吸液芯以及与纳米流体结合强化传热这几个方面,主要分析泡沫金属的孔隙率、孔密度以及厚度等因素对强化传热的影响;数值模拟研究方面主要从泡沫金属的结构表征和数值模拟研究方法进行介绍;最后展望了泡沫金属强化相变传热的研究方向.     

舰船高温排烟管表面纳米Al2O3-CeO2/Ni镀层的微观组织和抗高温氧化性能

为了制备具有优异抗氧化性能的复合镀层,试验采用双脉冲电源,在舰船高温排烟管试样表面沉积Al2O3-CeO2/Ni纳米复合镀层,通过抗氧化性能测试,研究了Al2O3纳米颗粒浓度和CeO2浓度对复合镀层的抗氧化性的影响。试验得出复合镀层的微观组织随着Al2O3颗粒的添加细化晶粒,当镀液中纳米CeO2颗粒浓度增加到1.5 g/L时,晶粒尺寸分布均匀,同时镀层表面平整、致密;复合镀层的抗氧化性随镀液中纳米Al2O3浓度增加而增加,随CeO2浓度的增加先降低后增加。     

纳米流体沸腾传热研究进展

综述近年来纳米流体在池沸腾和流动沸腾传热领域的实验研究和数值模拟研究.实验包括纳米流体沸腾传热的临界热流密度、沸腾换热系数以及换热机理方面的研究,并简要分析纳米流体强化或弱化沸腾传热的主要原因.数值模拟主要介绍格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)在纳米流体沸腾传热领域的最新研究进展,包括基于不同的LBM模型模拟气泡产生、成长到脱离壁面的过程,对气泡的脱离直径和频率进行分析.最后展望纳米流体沸腾传热的发展方向.     

纳米Al2O3复合镀铁层的结构与性能

为提高船机零部件的耐磨性,减少零部件的磨损,通过在电镀液中添加Al2O3纳米颗粒的方法,制备出含有Al2O3纳米颗粒的复合镀铁层。对制备出的镀层进行硬度、表面形貌、元素成分和摩擦磨损性能分析。结果表明：Al2O3纳米颗粒成功进入了镀层,含有Al2O3颗粒的复合镀层相对普通镀铁层有明显提高；含有40g/L Al2O3的复合镀层的摩擦系数相对普通镀层下降了25%,磨损量也大幅下降；经过摩擦磨损后复合镀层的表面状态良好。     

基于40Cr杆件的防腐涂层腐蚀试验研究

在保证抗拉强度的情况下,为降低40Cr杆件表面腐蚀并提高其表面硬度,本文设计了镍铬合金/金属陶瓷复合涂层及镍铬合金/含防污剂的微纳米Al2O3.TiO2复合涂层,并对WCCoCr、CrCCrNi、Al2O3.TiO2及氧化铬等陶瓷涂层进行了中性盐雾腐蚀、电偶腐蚀、实海腐蚀等试验,试验结果表明高速火焰+爆炸喷涂微纳米Al2O3.TiO2复合涂层综合性能良好,可有效提高杆件的耐腐蚀性能和表面硬度。     

以泡沫金属为吸液芯的纳米流体热管传热性能试验研究

从热管的吸液芯对传热性能的影响出发,分别对以铜材泡沫金属和丝网为吸液芯的热管进行了传热性能试验研究,两种热管的工质都为质量浓度为1％的Al2 O3纳米流体。试验结果显示泡沫金属吸液芯热管在等温性、换热系数和传热极限等方面都要比丝网吸液芯热管更好,泡沫金属吸液芯热管的传热性能要优于丝网吸液芯热管。     

舰船高温排烟管表面复合镀层氧化性能的研究

为了制备具有优异抗氧化性能的复合镀层,试验采用双脉冲电源,在舰船高温排烟管试样表面沉积Ni-Al2O3纳米复合镀层,采用抗氧化性能测试,研究工艺参数对复合镀层的抗氧化性的影响。试验得出复合镀层的抗氧化性随镀液中纳米 Al2O3浓度增加而增加,凹凸棒土的添加可以提高抗氧化性,随 CeO2浓度的增加先降低后增加,随占空比的增加先增加后降低。     

纳米流体重力热管启动性能的试验研究

对去离子水、不同浓度和不同充液率的TiO2/H2 O纳米流体重力热管进行了测试,给出了这些热管启动过程的温度分布图。结果表明：在恒温水浴加热的试验条件下,与去离子水热管相比,纳米流体热管蒸发段启动温度低并且启动时间短,其蒸发段和冷凝段的最大温差与去离子水热管相比较低;在50％～70％充液率范围内热管蒸发段的启动时间随着充液率的增大而增加;热管启动时间随着加热温度的升高而缩短;热管倾斜角度较小的情况下将使其启动性能变差。     

垂直上升管内气水两相流动截面含气率试验

采用伽马射线法,测量常温常压垂直上升管内气-水两相流截面含气率。采用内径15mm的有机玻璃圆管,管内两相流体折算气速范围为0.118~8.977 m/s,折算液速范围为0.102~2.012 m/s,分析截面含气率随折算气速、体积含气率的变化规律。通过把伽马射线法截面含气率的试验测量值与经典模型理论公式计算值进行对比分析,测量值与Armand-Massena公式计算值吻合最好,相对偏差较小。     

基于群体平衡原理的液化天然气水下泄漏流动沸腾多流体模型的分析与应用

为模拟LNG水下泄漏流动沸腾过程,将群体平衡原理与多流体模型耦合为一套新的多流体模型,该模型以传统多流体模型为基础,纳入了群体平衡原理及MUSIG模型,并考虑了碰撞、聚合和相变等因素对气泡直径及数量密度的影响.使用新模型与传统多流体模型进行数值模拟,结果比较得出:新模型的模拟结果更加符合实际的气泡产生与生长发展过程,能够在较大范围内对两相流参数的多维分布和变化进行有效预测.     

三峡两坝间水田角河段航道整治三维水流数学模型应用研究

水田角河段水流湍急,流态紊乱,船舶航行较困难,是三峡两坝间河段急需整治的重点河段之一。基于平面正交坐标和立面σ坐标拟合河道平面形态、地形和自由水面的不规则分布,建立了三维紊流数学模型。采用物理模型实测的三维流速分布对模型进行验证,模拟的流速值与实测值吻合良好,将模型应用于水田角河段航道整治工程实施前、后的三维流场计算,给出了水田角河段的分层和断面二次流流速分布。分析结果表明,炸礁、抛填等整治措施的综合利用能有效调整河段流速分布,是有效的整治方案,可供设计参考。     

液态LNG喷雾过程闪急沸腾条件数值模拟研究

由于闪急沸腾喷雾可以改善燃油雾化质量,对缸内混合气的形成十分有利,所以研究液态LNG的闪急沸腾喷雾具有非常重要的意义。文章首先解析了纯液态LNG在喷嘴内部的流动过程,利用其计算结果作为LNG喷雾计算的初始条件和边界条件,在此基础上,使用AVL Fire软件激活了初始破碎模型及Flash Boiling模型,对纯液态LNG闪急沸腾喷雾过程进行了数值模拟计算,研究了喷雾发展的过程,并确定了LNG液态喷射发生闪急沸腾现象的条件,数值计算结果与文献结果吻合较好。计算研究表明,当环境压力处于[0.1 MPa,4.59 MPa]区间时,只要环境压力小于液态LNG饱和蒸气压,均可发生闪急沸腾现象;当环境压力大于4.59 MPa时,不论液态LNG温度如何变化,都不能发生闪急沸腾现象;LNG闪急沸腾喷雾形状始终保持为类圆锥体,但并不完全对称,在发展过程中,液滴直径迅速减小,喷雾前端会形成涡旋结构,随后,该结构破碎、消失。     

三维场景中截面流场绘制技术研究

回顾以往三维流场显示中的平面式截面流场绘制方法,分析其表现方式的不足,提出置于三维场景中的截面流场显示方式。通过对水平及垂直截面的生成算法和截面流场投影算法的研究,找出适应于复杂边界和地形条件下的高效截面生成算法;基于WPF三维图形平台,以灵活的示踪粒子布设方式,采用C#编程语言编制软件予以实现;将标量场数据作为截面显示材质,实现了截面附加标量场;截面流场模拟可以动态跟踪水位变化,在场景中同时对多个水平或垂直截面流场进行模拟,丰富了对流场三维特性的表现。     

某弹体水下弹射装置低压室降压方案研究

提出了某弹体水下水平弹射装置低压室降压方案，建立了相应的多相流流体动力学模型，对发射初期发射管内多相流流场特性进行了仿真计算，同时对附加气室的初容积、附加气室与初始水室之间的不同连通方式对低压室压强特性的影响进行了研究，总结出了附加气室大小、连通方式与发射筒内压力峰值之间的关系，为总体方案的确定和工程设计提供了必要的依据。     

快艇气泡减阻的原理研究与相似比分析

分析了高速气泡船气液两相流动的特征,进而将气泡船复杂的三维流动简化为两维人工气泡绕流的两相流物理模型,并提出了两维人工气泡绕流的相似律.采用有限体积法和VOF方法,建立了两维人工气泡绕流的数学模型.应用该数学模型,研究了气泡船在无气泡、气泡封闭、气泡半开三种典型绕流时的气液流场特性,得到了气泡长度、气泡形状随来流速度、气泡腔压力、气体流量的变化规律,分析得出了在高速气泡船底部形成稳定气泡的力学条件.相关研究结果对高速气泡船底部气泡腔的设计具有指导意义.     

潜艇均衡系统自流注水调节阀稳态噪声试验研究

本文模拟建立了潜艇均衡系统自流注水试验系统,对不同假海压力、不同系统流量、不同出口背压及串联2台调节阀时自流注水稳定过程振动噪声进行研究。结果表明:潜艇均衡注水振动噪声随着假海深度的增大而增大;空气噪声随流量调节阀开度的增大而增大,在流量调节阀开度为60°-70°之间,振动加速度及水动力噪声产生峰值;在出口背压为0-0.5 MPa之间时,振动噪声值均大于无背压状态,峰值为0.2 MPa;串联2台流量调节阀可大幅降低自流注水振动噪声。     

燃料电池系统膜增湿器传热传质性能研究

对大功率常压燃料电池系统膜增湿器的传热传质性能进行实验研究,确定了影响膜增湿器性能的主要因素,建立膜增湿器传热传质数学模型,仿真研究了这些因素对膜增湿器性能的影响机制.研究表明,降低增湿器操作压力,增大空气流量,提高进气温度有利于提高扩散系数;减小空气流量和降低干空气进口温度有利于降低膜内水含量梯度.     

Lengthscales of motions that control air–water gas transfer in grid-stirred turbulence

The relationship between the gas transfer velocity and turbulent lengthscales is investigated experimentally in a grid-stirred turbulent flow. The horizontal velocity field at the water surface is measured using particle image velocimetry (PIV). The gas transfer velocity for oxygen is obtained through reaeration experiments. In addition, the gas transfer process by surface-renewal eddies is visualized using laser-induced fluorescence (LIF) technique, in which carbon dioxide is used as the tracer gas. The definition of the Taylor microscale holds that the root-mean-square (RMS) of the surface divergence is expressed by the square root of the turbulent kinetic energy divided by the Taylor microscale. Experimentally obtained data support this scaling. They show the gas transfer velocity to be proportional to the square root of the RMS of the surface divergence. These experimental results imply that the Taylor microscale is an important parameter for gas transfer velocity at the air–water interface. These relations indicate that a nondimensional gas transfer velocity is proportional to the − 1/4 power of a turbulent-macroscale Reynolds number, which is similar to a small-eddy model, assuming that turbulent eddies with the Kolmogorov scale control the gas transfer process. However, this Reynolds number dependence does not necessarily mean the superiority of turbulent eddies with the Kolmogorov scale in the gas transfer. The LIF visualizations in horizontal and vertical planes close to the air–water interface indicate that the horizontal CO₂-concentration field has a fine spatial pattern, which resembles that of the surface divergence field, and that surface-renewal motions observed in the vertical plane have a larger lengthscale than the Kolmogorov scale. We infer from both PIV and LIF results that the Taylor microscale is an important lengthscale for air–water gas transfer.