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肋片交错距离影响HFE-7100沸腾换热研究

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工程热物理学报 2024年第8期45卷 2375-2381页

作者：吴裕王宏朱恂陈蓉丁玉栋吴君军廖强低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030

随着电子元器件发热量的持续增加,传统的风冷散热已经无法满足当前数据中心的散热和节能的双重需求,而高效的沸腾换热技术是解决目前数据中心散热瓶颈的重要手段。为了进一步提升沸腾换热性能,本文设计了交错排列的肋片表面,研究了肋片... 详细信息

随着电子元器件发热量的持续增加,传统的风冷散热已经无法满足当前数据中心的散热和节能的双重需求,而高效的沸腾换热技术是解决目前数据中心散热瓶颈的重要手段。为了进一步提升沸腾换热性能,本文设计了交错排列的肋片表面,研究了肋片结构对工质再润湿与气泡聚并脱离行为的影响,分析了沸腾换热时气泡群的行为特征,并测试了肋片结构参数对于沸腾换热的影响。实验结果表明,肋片的交错排布强化了液相的补充能力,延缓了表面的烧干,并将临界热流密度提升至44.45 W/cm^(2),相对光滑表面提升了100.4%,当肋片间距为0.5 mm时,能够获得最佳的沸腾换热系数2.50 W/(cm^(2)·K),相对光滑表面提升了229%,本文研究结果为沸腾相变换热表面结构设计提供了指导。

关键词：电子散热池沸腾肋片强化换热

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入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响

热能动力工程 2024年第4期39卷 61-68,95页

作者：宫传瑶何瑞卢昌燊丁玉栋东方电气集团东方汽轮机有限公司四川德阳618000 重庆大学能源与动力工程学院重庆400030

为了研究冷却水入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响,以喷射式凝汽器喷嘴为研究对象,采用可视化实验方法对凝汽器喷嘴出口液膜的流动形态进行了拍摄,采用数字图像处理手段提取了液膜面积与喷射长度,并与数值模拟中不同的湍流模型的... 详细信息

为了研究冷却水入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响,以喷射式凝汽器喷嘴为研究对象,采用可视化实验方法对凝汽器喷嘴出口液膜的流动形态进行了拍摄,采用数字图像处理手段提取了液膜面积与喷射长度,并与数值模拟中不同的湍流模型的计算结果进行了对比,最终选取了Realizable k-ε湍流模型。基于Fluent求解器,耦合Realizable k-ε湍流模型与VOF方法,数值计算了凝汽器内部的流场。结果表明:当喷嘴入口压力从3 kPa升高到25 kPa时,布液板近壁面的速度随入口压力的升高逐渐增加,且液膜厚度也呈逐渐减小的趋势。对于DN15和DN13喷嘴,空气从静止状态变化到30 m/s流速时液膜面积略微减小,空气流速从30 m/s提高到150 m/s时液膜面积迅速减小。

关键词：喷射式冷凝器喷嘴传热入口压头空气流速铺展面积

纤维增强热固-热塑复合结构共固-注射成型机理研究

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纤维增强热固-热塑复合结构共固-注射成型机理研究

作者：丁玉栋中南大学

学位级别：硕士

目前轻量化材料的研发与应用已经受到越来越多的关注。纤维增强热固-热塑(TSC-TP)复合结构作为轻量化材料中的新起之秀,将热塑性树脂(TP)的工艺灵活,易修复可循环、设计自由度强等优势,与热固性复合材料(TSC)极高的比强度、良好的耐热... 详细信息

目前轻量化材料的研发与应用已经受到越来越多的关注。纤维增强热固-热塑(TSC-TP)复合结构作为轻量化材料中的新起之秀,将热塑性树脂(TP)的工艺灵活,易修复可循环、设计自由度强等优势,与热固性复合材料(TSC)极高的比强度、良好的耐热性能和优异的抗蠕变性能结合在一起,最大程度的发挥了各自材料的优势。模内包覆注射成型是一种高效制备多材料体系构件的成型工艺,然而通过该工艺成型的TSC-TP复合结构异质界面粘结强度较低。为此,本文对模内包覆注射成型工艺进行了优化拓展,并率先提出了共固-注射成型工艺,有效提高了异质界面间的粘结强度。本文主要工作如下:(1)搭建了模内包覆注射成型试验平台,开展了TSC-TP复合结构成型实验。分析了不同表面预处理方式(硅烷表面处理、等离子预处理和CO激光烧蚀)对TSC复合材料表面物化特性、TSC-TP复合结构粘结界面形貌和粘结强度的影响规律。结果表明硅烷表面处理对TSC-TP复合结构界面强度的影响较小;等离子处理可显著提升TSC复合材料表面官能团,同时对其表面有刻蚀作用,可显著提升复合结构界面强度;TSC复合材料表面经过激光处理后,其复合结构界面强度得到大幅提升,达到了6.1 MPa。(2)研究了共固化过程中热塑性薄膜表面特性对共固界面粘结强度的影响规律。结果表明增强热塑性薄膜极性可显著提升其表面的物理吸附性能,从而提高共固化界面剪切强度;热塑性薄膜表面微结构可有效增加共固化结构界面间接触面积,提高异质界面载荷的传递能力;低熔点的热塑薄膜在共固化过程中发生了熔融现象,处于粘流态的热塑性薄膜与未固化的环氧树脂相互渗透而形成一个沿厚度方向梯度变化的界面,界面在厚度方向上的扩展改变了界面载荷的分布形式,大幅提升了共固界面剪切强度。(3)研究了共固-注射工艺中注射过程工艺参数对TSC-TP复合结构界面强度的影响规律。基于愈合度理论,研究了不同注射工艺参数下,复合结构的界面剪切强度的变化规律。研究发现愈合度与界面剪切强度具有较强的正相关性。以愈合度为界面粘结强度的表征方式,通过正交试验方法,优化了TSC-TP复合结构注射成型工艺。优化后TSC-TP复合结构界面剪切强度最高达到了24.4 MPa,比第三章中激光预处理后TSC-TP复合结构界面强度提高了3倍。综上,本文对TSC-TP复合结构的高效、高质量成型工艺进行了创新性探索,提出的共固-注射成型新方法在提高成型效率的同时,大幅度提高了异质界面的连接强度,对发展高性能轻量化制造技术、践行节能减排新线路具有重要意义。论文包含图51幅,表9个,参考文献81篇

关键词：模内包覆注射成型预处理共固化愈合度

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静电喷雾沉积半径的预测模型

化工进展 2022年第6期41卷 2864-2870页

作者：于涵王宏朱恂丁玉栋陈蓉廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030

静电喷雾法制备薄膜是近年来新兴的纳米材料制备工艺之一,因其具有工艺简单、材料利用率高和表面适应性强等优点而受到广泛关注。喷涂面积作为评价喷涂质量和生产效率的重要指标,由于易受外加电压、溶液性质、喷涂距离等参数的影响,在... 详细信息

静电喷雾法制备薄膜是近年来新兴的纳米材料制备工艺之一,因其具有工艺简单、材料利用率高和表面适应性强等优点而受到广泛关注。喷涂面积作为评价喷涂质量和生产效率的重要指标,由于易受外加电压、溶液性质、喷涂距离等参数的影响,在相关的生产过程中难以精确控制。为了解决这一问题,本文提出了一种预测静电喷雾沉积半径的数学模型。通过高斯定律将静电喷雾羽流等效为空间电荷场,随后对羽流外侧液滴进行受力分析,得出喷雾羽流在不同位置处的膨胀半径,即为静电喷雾的沉积半径。对比发现,模型与相关结果吻合良好。相比传统的拉格朗日方法和实验方法,该模型可快速预测各种工况下的喷涂面积,为工业生产操作和雾化器设计提供指导。

关键词：静电喷雾数值模拟预测模型沉积半径电场力

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具有三维填料网络的导热绝缘复合材料研究进展

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化工进展 2023年第12期42卷 6419-6428页

作者：张浙豪丁玉栋朱恂王宏程旻廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆404100

具有三维(3D)填料网络的复合材料导热性能优异,是解决电子器件散热问题的理想材料之一,被广泛应用于导热绝缘材料领域。本文阐述了近年来国内外关于3D导热绝缘高分子材料的重要研究进展,首先从3D填料架构的制备方式出发,介绍了制备3D导... 详细信息

具有三维(3D)填料网络的复合材料导热性能优异,是解决电子器件散热问题的理想材料之一,被广泛应用于导热绝缘材料领域。本文阐述了近年来国内外关于3D导热绝缘高分子材料的重要研究进展,首先从3D填料架构的制备方式出发,介绍了制备3D导热绝缘复合材料的主流途径,包括模板法、泡沫法、3D打印法、复合颗粒法和聚合物框架法等,分析了不同构筑方法的成型机理,并对各制备方法的优缺点进行了归纳和总结;其次对关于3D导热网络的有限元模拟研究进行了总结,分析了目前常用的热传导模型;最后对制备具有3D网络结构的导热绝缘复合材料研究工作中面临的瓶颈和未来发展方向进行了阐述,主要包括3D填料网络的精细化和自由化的构建、3D填料架构与聚合物间界面热阻的处理、3D填料网络通用热传导模型的建立以及3D填料结构制备工艺的简化。以期为高导热绝缘复合材料的研发和应用提供方向和思路。

关键词：热传导绝缘复合材料填料模拟

熔融高炉渣液滴撞击壁面动态行为及相变换热特性的数值模拟

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工程热物理学报 2022年第5期43卷 1337-1344页

作者：向宇豪朱恂王宏吕义文丁玉栋廖强重庆大学工程热物理研究所重庆大学能源与动力工程学院重庆400030 重庆大学低品位能源利用及系统教育部重点实验室重庆400030

离心粒化余热回收技术是最具前景的可同时实现高炉熔渣余热回收和炉渣资源利用的技术,其中熔渣液滴撞击壁面的换热过程是该技术中关键过程之一。本文首次对耦合相变换热和结晶行为的熔融高炉渣液滴撞击壁面过程建立了数值模型,模拟研究... 详细信息

离心粒化余热回收技术是最具前景的可同时实现高炉熔渣余热回收和炉渣资源利用的技术,其中熔渣液滴撞击壁面的换热过程是该技术中关键过程之一。本文首次对耦合相变换热和结晶行为的熔融高炉渣液滴撞击壁面过程建立了数值模型,模拟研究了不同液滴直径、撞击速度和壁面条件下熔融高炉渣液滴撞击壁面的动态行为、换热和结晶特性。结果表明:熔渣液滴直径增大对防黏接和增强换热均不利;高撞击速度有利于增强熔渣换热但显著增大了铺展面积;壁面温度以及材质的导热系数对冷却渣的结晶量影响较大,其中导热系数是最主要的影响因素。

关键词：高炉渣液滴撞击数值模拟

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微波合成MOF-808及其水蒸气捕集特性

化工进展 2023年第12期42卷 6461-6468页

作者：陈飞丁玉栋马丽娇朱恂程旻廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学工程热物理研究所重庆400030

金属有机骨架(MOFs)作为新型多孔材料,在干燥领域极具应用前景。本研究提供了一种MOF-808微波加热快速合成法,合成温度为140℃,甲酸浓度12.83mol/L。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、物理吸附仪等对MOF-808的样品组成、结构、... 详细信息

金属有机骨架(MOFs)作为新型多孔材料,在干燥领域极具应用前景。本研究提供了一种MOF-808微波加热快速合成法,合成温度为140℃,甲酸浓度12.83mol/L。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、物理吸附仪等对MOF-808的样品组成、结构、比表面积以及形貌等进行表征分析。合成MOF-808材料的水蒸气吸附量随甲酸浓度增加而提高(由0.521g/g提高到0.810g/g),随吸附温度升高而降低,高湿度下MOF-808表现出较快的吸附速率,最佳的吸附工况为30℃、90%相对湿度。含湿混合气中CO_(2)浓度变化时,MOF-808平衡吸附量均值0.529g/g,标准差0.018,表明材料对水蒸气具有良好吸附选择性,CO_(2)不会对MOF-808捕集水蒸气能力产生影响。在较低再生温度(70℃)下MOF-808经过8次循环后再生效率仍高于90%,说明MOF-808材料用于干燥过程节能潜力较大,循环稳定性好。

关键词：微波加热金属有机骨架水蒸气吸附干燥二氧化碳选择性

CO_(2)吸收过程Rayleigh对流传质特性格子-Boltzmann模拟

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工程热物理学报 2023年第4期44卷 999-1008页

作者：杨宁威丁玉栋郭李恒朱恂王宏廖强重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030 重庆大学能源与动力工程学院工程热物理研究所重庆400030

在化工吸收过程中,浓度梯度导致的Rayleigh对流对气液界面传质具有重要影响,但其强化传质机理尚不明确。本文采用格子Boltzmann方法研究乙醇与甲醇吸收CO_(2)过程Rayleigh对流传质特性,将模拟图像与实验观测结果进行对比,并采用不同传... 详细信息

在化工吸收过程中,浓度梯度导致的Rayleigh对流对气液界面传质具有重要影响,但其强化传质机理尚不明确。本文采用格子Boltzmann方法研究乙醇与甲醇吸收CO_(2)过程Rayleigh对流传质特性,将模拟图像与实验观测结果进行对比,并采用不同传质模型对气液传质通量进行分析。结果表明:模拟得到的Rayleigh对流结构形状、形态演变等与实验结果具有良好的一致性;界面传质扰动是Rayleigh对流发生的必要条件,在扰动强度10^(-6)≤CD≤10^(-5)kg/m^(3)区间内,Rayleigh对流临界时间与理论预测值的最大误差约10%;Rayleigh对流的发生及演化过程可分为三个阶段:扩散传质阶段、Rayleigh对流起始阶段、Rayleigh对流演化阶段;对气液传质通量进行预测时,表面散度模型的预测效果优于小涡模型,但表面散度模型预测结果与模拟传质通量具有1 s的相位差,速度与浓度场并不完全同步;基于Rayleigh对流发生及演化过程的分阶段性,提出混合模型描述Rayleigh对流传质特性,该模型对传质通量预测的拟合度超过0.9,能很好地预测溶液吸收CO_(2)的传质过程。

关键词： CO_(2)吸收 Rayleigh对流格子Boltzmann方法传质模型传质通量

低温烟气条件下三维肋管积灰腐蚀特性的实验研究

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工程热物理学报 2022年第12期43卷 3317-3324页

作者：卢志良程旻尹邦澄丁玉栋廖强朱恂低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400030

本文开展了三维肋管在低温含尘含酸烟气条件下的积灰腐蚀特性实验,对不同工况下三维肋管腐蚀积灰形貌、酸沉积率及积灰量的变化规律进行了研究,揭示了三维肋管低温含尘烟气条件下的腐蚀机理,获得了积灰腐蚀规律。发现在冷却水进口温度... 详细信息

本文开展了三维肋管在低温含尘含酸烟气条件下的积灰腐蚀特性实验,对不同工况下三维肋管腐蚀积灰形貌、酸沉积率及积灰量的变化规律进行了研究,揭示了三维肋管低温含尘烟气条件下的腐蚀机理,获得了积灰腐蚀规律。发现在冷却水进口温度和硫酸体积分数变化时,三维肋管迎风面主要发生析氢腐蚀,背风面主要发生吸氧腐蚀;降低冷却水进口温度,肋管表面酸沉积率先增大后减小,积灰量逐渐增大;增大酸体积分数,肋管表面酸沉积率上升,积灰量逐渐增加。

关键词：三维肋管工况变化低温烟气腐蚀特性积灰量