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关键词： 水平管降膜   管间流型   液膜厚度   润湿性   传热传质  

摘要： 水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点,被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展,综述了不同操作参数(气体温度、流向及流量,溶液流量、温度及浓度,内部媒介流量及温度等)与结构参数(管径、管间距等)对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律,以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律,包括整体性能和局部微细特征,为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。

关键词： 微波加热   蒸发   过程强化   能量转化   传热传质  

摘要： 利用微波加热具有选择性、快速性、整体性等优点,对基于能量源补充热量实现蒸发浓缩、分离纯化的料液处理过程而言,利用微波加热实现过程强化具有现实意义。本文综述了液体闪蒸过程的蒸发特性与传热传质特性、微波加热液体蒸发的研究现状,提出了微波加热强化闪蒸工艺,首先指出闪蒸工艺过程中料液面临难以直接加热提供热量而提高蒸发速率的难题,原因是传统热量传递方法无法在真空条件下向闪蒸过程中的料液传递热量。进而分析了微波加热蒸发工艺的研究现状,总结出微波加热蒸发过程中的影响因素,简述了微波加热蒸发工艺的应用。最后,提出可将微波加热与闪蒸工艺相耦合的微波加热强化闪蒸工艺,简述了设备设计、应用开发方面的相关进展。总结了微波加热强化闪蒸面临的相关难题并提出建议,期望对微波加热强化蒸发工艺应用和设备设计的发展提供参考。

关键词： 薄膜沸腾   气泡成核   传热传质   界面热阻   分子动力学模拟  

摘要： 本文利用非平衡态分子动力学模拟，对薄膜沸腾过程中三相界面和气泡成核的细节进行了捕捉和可视化，并记录了其内部流动和热特性。结果表明不同于宏观尺度的沸腾过程，抑制气泡成核生长使得薄膜沸腾具有非常优异的传热传质性能。总的来说，粗糙结构缩短了沸腾过程达到稳定状态所需的时间并且提高了过程效率且展现出了在高热流密度散热方面的巨大潜力。表面物理化学性质对沸腾性能的影响本质上归因于对界面热阻的调控机制，增加表面粗糙度、增强表面润湿性和增加亲水区域面积占比均会降低界面热阻进而提高表面的传热传质效率。该工作可为实现快速高效的薄膜沸腾过程提供参考，也可指导设计和优化基于气液相变过程进行传热的固体表面。

关键词： 加热不燃烧   传热传质   正交设计   烟碱  

摘要： 为探寻加热不燃烧卷烟逐口抽吸烟碱的释放规律，依据经典导热方程和Arrhenius定律分别确定立了烟支内部的传热传质方程，构建了加热不燃烧卷烟传热传质的数值模拟模型，利用正交设计对实验数据的拟合确定了烟碱传质动力学参数。对模型在加拿大抽吸模式下烟支内部温度场分布、烟碱释放和剩余浓度、烟碱逐口抽吸质量进行计算。结果表明，模型能够较好地实现预测计算，烟碱逐口抽吸质量模拟结果与实验结果的均方根误差为0.0121mg;烟芯内部温度变化曲线模拟值与实验值的最大误差百分比为6.1%;烟芯内部温度分布与释放特性严格对应，气体入口处烟碱的释放较差。

关键词： 低温精馏   微通道精馏   流场模拟   气液分离   传热传质  

摘要： 针对化学性质相近、难以分离的混合物的低温精馏分离过程，建立了一套基于微通道精馏（MCD）的CFD模型并开展了深入的模拟研究。通过多物理场耦合，实现了对丙烯/丙烷两相流在微通道精馏设备内部相变传热和精馏传质过程的模拟。基于麦克斯韦-史蒂芬扩散模型，对不同温度、摩尔浓度条件下混合物的传质系数进行模拟计算。模拟结果显示经过3.8mm的微通道精馏设备，可在170kPa条件下对冷端234K、热端239K的液态丙烯/丙烷混合物进行高效分离，将产品丙烷的浓度由1%提升至2.1%。对模拟结果进行了优化分析，得到了结构、流场和温度对精馏传质效率的影响。研究成果对微通道低温精馏系统的精馏效率提高具有指导意义。

关键词： 电弧熔丝增材制造   数值模型   传热传质   形貌缺陷   控热控形控性  

摘要： 电弧熔丝增材制造具有设备成本低、制造效率高等特点，在航空航天、舰船、武器装备等领域具备广阔的应用前景。在复杂热循环的条件下，电弧行为、熔滴过渡、熔池流动与凝固以及沉积内部热积累效应等因素的耦合作用是决定结构成形与质量的关键，也是实现控形控性的理论基础。基于电弧熔丝增材制造的物理过程数值模拟研究现状，综述了不同热源类型电弧增材制造工艺过程中的物理机制，揭示了不同沉积过程传热传质行为的内在关联与区别。在此基础上，概述了常见形貌缺陷的形成机理、影响因素与其抑制策略，总结了不同主动控热控形控性方法的机制与特点，探讨了当前电弧熔丝增材制造传热传质数值模拟过程中存在的主要问题，并对其未来发展应用提出了思考与建议。

关键词： 沸腾换热   VOF模型   传热传质   气泡演化   表面张力  

摘要： 与对流换热相比,沸腾传热通过相变汽化潜热带走更多热量,能显著提升换热能力。以CFD软件为技术手段,通过构建UDF函数以满足假定条件下膜态沸腾的气泡界面演化过程,采用VOF模型在微观层面对汽化成核与单气泡演化进行模拟研究。研究表明:气泡成核主要包含膨胀及拉伸两个阶段;气泡上升诱导形成的涡流增强了与周围的热质交换能力;液体表面张力及液体黏度增加会延长气泡脱离时间,且气泡直径增加。研究结果有助于深入理解膜态沸腾的换热机理,并可指导相关的相变传热工程应用。

关键词： 双相不锈钢   等离子体   传热传质   数值模拟  

摘要： 基于电磁动力学、流体力学及热力学等理论以及高速摄像与电信号采集原位测试手段,考虑等离子体中的金属蒸汽行为建立电弧熔滴一体化多物理场耦合仿真模型,研究双相不锈钢脉冲电弧等离子体的传热传质行为。结果表明,电弧等离子体温度峰值分布在熔滴轴线两侧并与电流值呈正相关,在熔滴缩颈至过渡阶段,基板上表面由电弧等离子体的非对称性影响造成温度分布不均匀;电弧等离子体的流场分布结果与温度场类似,但不同时刻速度峰值除与电流值相关,还与熔滴的过渡状态有关,随着熔滴过渡进行,电弧等离子体的高温区和高速区皆向基板压缩;在熔滴缩颈之前,铁蒸汽随着电流增大逐渐向轴线压缩,在熔滴下方质量分数可以达到100%;在熔滴缩颈之后,熔滴上下的高浓度铁蒸汽会增大等离子体的电导率,进而促进熔滴过渡。

关键词： LNG   液滴蒸发   强制对流   阻力特性   传热传质   蒸发速度   压力   甲烷  

摘要： 为了弥补LNG液舱喷雾预冷运动液滴在同种蒸气中蒸发过程阻力模型的缺失,基于气液界面传热传质理论模型,采用计算流体力学(CFD)方法建立了液滴蒸发模拟模型,对温差为190 K、13<雷诺系数(Re)<4500的液滴蒸发过程开展模拟,得到了液滴阻力计算模型,并从压力、蒸气蒸发速度、分离点研究蒸发液滴的阻力特性。研究结果表明:①压力(p)随Re增大而增大,Re相同时p随来流夹角(φ)的增大先减小后增大,压力到达最小值(p_(min))后逆压造成分离,液滴表面蒸气蒸发速度(v_(2))变化趋势与p基本一致,存在蒸气蒸发速度最小值(v_(2min))。②不同条件下对应的来流夹角(φ_(s)、φ_(v_(2min))和φp_(min))都随Re的增大而减小,由于分离作用且液滴表面受蒸气蒸发影响,使液滴表面切向速度梯度为0对应点的角度(φ_(s-d))小于低温球表面切向速度梯度为0对应点的角度(φ_(s-b)),即Re越大,液滴的分离点越靠前。③液滴压差阻力系数(C_(d-d))和低温球压差阻力系数(C_(d-b))都随φ的增大先减小后增大,且同一工况下C_(d-d)>C_(d-b);由于液滴表面速度梯度(L_(v-d))小于低温球表面速度梯度(L_(v-b)),使C_(dt-d)

关键词： 可重复使用   返回段   液氧   传热传质   流体行为特性  

摘要： 可重复使用运载火箭在返回段复杂干扰作用下,贮箱内低温推进剂与高温气枕剧烈掺混,造成贮箱压力下降、推进剂温度升高等问题。针对垂直起降(VTVL)运载火箭返回段推进剂掺混及重定位过程开展研究,首次建立了液氧掺混后行为特性仿真模型并通过加速落塔试验进行验证,研究垂直起降运载火箭返回段复杂干扰作用下低温流体行为特性,获得推进剂形态、贮箱压力、推进剂温度及蒸发量等变化规律,为推进剂管理系统及增补压方案设计提供支撑。