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基于改进相变模型的重力热管传热特性数值模拟

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3109-3116页

作者：陈家绪尹建国赵贯甲马素霞循环流化床高效清洁燃烧与利用山西省重点实验室(太原理工大学) 山西省太原市030024

基于改进相变模型和工质饱和蒸汽压关系式对重力热管相变传热过程进行数值模拟,通过与文献结果和该文实验数据的对比,分析了冷凝过程质量转换时间松弛因子(冷凝系数)和相变判据对模拟结果的影响。结果表明:通过对冷凝系数的优化促进了... 详细信息

基于改进相变模型和工质饱和蒸汽压关系式对重力热管相变传热过程进行数值模拟,通过与文献结果和该文实验数据的对比,分析了冷凝过程质量转换时间松弛因子(冷凝系数)和相变判据对模拟结果的影响。结果表明:通过对冷凝系数的优化促进了热管启动过程的热质平衡,合理控制冷凝系数的变化速率可显著降低计算域质量偏差,并提高管壁温度模拟精度;饱和温度对热管蒸发段壁面温度影响最大,对冷凝段壁面温度影响最小,同等条件下低于合理取值的饱和温度将导致更大的管壁温度模拟偏差;采用工质饱和蒸汽压关系式作为相变判据能获得合理的饱和温度,模拟结果与实验值具有良好的一致性;基于改进模型的数值模拟结果直观再现了热管内部相变传热传质过程。结果可为热管相变传热数值模型的优化改进提供指导,有助于加深对热管内部传热机理的认识。

关键词：重力热管数值模拟冷凝系数相变饱和温度

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空化模型中的相变系数影响研究

工程力学 2012年第8期29卷 378-384页

作者：王柏秋王聪黄海龙何春涛张嘉钟哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 北京宇航系统工程研究所北京100076 哈尔滨工业大学土木学院哈尔滨150090

利用数值计算的方法,对空化模型中的相变系数进行研究。将数值计算和实验数据进行分析和整理,分别获得蒸发系数和冷凝系数与空化数之间的依赖关系。通过比较半球头圆柱体的二维轴对称模型数值计算结果表明:不同空化数对应着不同相变系... 详细信息

利用数值计算的方法,对空化模型中的相变系数进行研究。将数值计算和实验数据进行分析和整理,分别获得蒸发系数和冷凝系数与空化数之间的依赖关系。通过比较半球头圆柱体的二维轴对称模型数值计算结果表明:不同空化数对应着不同相变系数。其中,蒸发系数和冷凝系数分别对主空泡、次生空泡、尾空泡等类型的空泡在形态、溃灭位置、溃灭强度等方面有较大影响。

关键词：空化模型相变蒸发系数冷凝系数空化

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氩流体冷凝过程的分子动力学模拟

计算机与应用化学 2012年第8期29卷 969-972页

作者：霍佳捷张宇雷广平王宝和大连理工大学化工学院辽宁大连116024

冷凝系数为冷凝流率与碰撞流率之比,是气体冷凝过程的重要性质。本文采用分子动力学方法,探讨了不同温度(95.5、104.3、113.3、123.2)K下,氩流体气液两相平衡体系中气相的冷凝过程。模拟得到了氩流体气液相主体范围、Gibbs界面位置及界... 详细信息

冷凝系数为冷凝流率与碰撞流率之比,是气体冷凝过程的重要性质。本文采用分子动力学方法,探讨了不同温度(95.5、104.3、113.3、123.2)K下,氩流体气液两相平衡体系中气相的冷凝过程。模拟得到了氩流体气液相主体范围、Gibbs界面位置及界面厚度;并分别以气相主体与界面区的分界面gz及Gibbs界面作为碰撞界面,统计得到了氩流体的冷凝系数,并与文献值进行了比较。模拟结果表明,在相同温度条件下,以Gibbs界面为碰撞界面得到的碰撞粒子数目明显高于以gz为碰撞界面得到的碰撞粒子数目。当采用︱zg︳界面作为碰撞界面时,冷凝系数1α随着温度的变化规律与文献值一致,均随着温度的升高而降低,变化范围在0.822与0.596之间;但以Gibbs界面作为碰撞界面时,所得冷凝系数2α基本上与温度无关,其值在0.335左右,且2α明显小于1α。

关键词：冷凝系数分子动力学模拟 Gibbs界面:氩流体

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滴状冷凝的实验研究

滴状冷凝的实验研究

作者：王贤林中南大学

学位级别：硕士

蒸汽冷凝传热过程在航天、动力及化工等领域都有广泛的应用,其换热性能的强化对节约能源、节省原材料及工程费用具有重要意义,而滴状冷凝是利用冷凝液体表面张力来强化冷凝传热的最理想方式,其传热系数是膜状冷凝的数倍至数十倍,若能实... 详细信息

蒸汽冷凝传热过程在航天、动力及化工等领域都有广泛的应用,其换热性能的强化对节约能源、节省原材料及工程费用具有重要意义,而滴状冷凝是利用冷凝液体表面张力来强化冷凝传热的最理想方式,其传热系数是膜状冷凝的数倍至数十倍,若能实现工业化应用,将带来巨大的经济效益。围绕“滴状冷凝的微观动力学机理及其稳定持久性研究”(国家自然科学基金资助项目No.50276016)基础研究课题,设计制作冷凝研究的实验装置,改进了实验装置的设计:采用在观察窗玻璃内表面涂亲水材料的方法,使观察窗玻璃不产生水雾,观察记录到了清晰的滴状冷凝现象,达到较好的可视化效果。本文为揭示冷凝系数随接触角的变化规律,用不同材料涂覆黄铜表面,进行了蒸汽冷凝实验。在氰基丙烯酸乙脂、硬脂酸、聚四氟乙烯(PTFE)等10种材料处理的表面上实现了滴状冷凝,滴状冷凝系数为黄铜表面膜状冷凝系数的2.28～6.65倍,其中氰基丙烯酸乙脂表面的传热效果最好;在氟化石墨等5种材料表面上未实现滴状冷凝,但是其冷凝性能得到不同程度的强化,冷凝换热系数为膜状冷凝系数的1～1.97倍;发现在小接触角范围内冷凝系数随着接触角增大而增大,冷凝系数变化趋势与化学势下降量随接触角变化的趋势一致,由此建立了(本研究的条件下)冷凝系数与接触角的关联式,可用来预测不同接触角下的冷凝系数。应用滴状冷凝的知识,探讨了空调冷凝水在不同憎水性表面上凝结脱落与融霜水脱落的情况,结论表明:在一定的条件下,滴状冷凝表面将延缓热泵蒸发器的结霜并能加快其除霜过程。本文为热泵蒸发器的节能降耗提出了一种新方法,对缓解冬季用电具有积极意义。

关键词：滴状冷凝实验研究冷凝系数接触角

提高真空环境中痕量杂质四极质谱仪灵敏度的实验分析方法研究

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提高真空环境中痕量杂质四极质谱仪灵敏度的实验分析方法研究

作者：杨玲玲东南大学

学位级别：硕士

痕量气体分析技术在环境保护、生物技术、半导体技术、医药和空间技术等领域都有着十分广泛并重要的应用。因此,准确有效地测量真空环境中痕量气体的分析技术具有非常重要的意义。真空环境的痕量气体分析中,普通测量技术的分析灵敏度往... 详细信息

痕量气体分析技术在环境保护、生物技术、半导体技术、医药和空间技术等领域都有着十分广泛并重要的应用。因此,准确有效地测量真空环境中痕量气体的分析技术具有非常重要的意义。真空环境的痕量气体分析中,普通测量技术的分析灵敏度往往达不到要求,因此可采用气体预浓缩的方法来提高分析灵敏度。本文阐述并对比了常见的真空环境中痕量杂质气体组成成分的测量方法和气体预浓缩的方法,包括气相色谱法、光谱法、四极质谱法、加压浓缩法、溶剂萃取法、吸气剂法和冷凝浓缩法。其中,四极质谱法设备简单、灵敏度高、定性能力好、分析速度快、可以进行快速在线检测,冷凝浓缩法操作简单、样品无需预处理,也可作为快速在线检测方法。因此,本文采用冷凝浓缩法结合四极质谱法测量真空环境中的痕量气体杂质,以提高四极质谱计的分析灵敏度。本文首先对冷凝浓缩法提高四极质谱计的分析灵敏度进行了理论分析以研究可行性,然后设计了可调浓缩器的结构,通过改变冷阱管的高度,实现了温度可调。对真空系统的性能进行了实验分析,实验结果表明：经过48小时的烘烤后的动态真空系统的极限压强为1×10-6Pa。本文采用冷凝浓缩法对烘烤前后的真空系统的本底气氛均进行了实验研究,得出四极质谱计对H2O、CH4和CO的分析灵敏度均有提高,并确定了最佳的冷凝时间。对充入系统的气体进行冷凝浓缩的实验,得出当主气是可凝气体甲烷时,四极质谱计对于主气的分析灵敏度提高量较大,而对于可凝杂质气体的分析灵敏度的提高量较小;当可凝气体种类和气体量较大时,出现冷凝饱和以及低温捕集的现象;当主气是不可凝气体Ar时,主气中的杂质气体CH4、H2O和CO从冷凝前的含量4.63‰、3.81‰、5.41‰增大到冷凝后的7.01‰、7.32%o和7.52‰,四极质谱计对这三种杂质气体的分析灵敏度的增大量分别为51.4%、92.1%和39%。当通过富集器增大可调浓缩器的冷凝效率时,四极质谱计对这三种杂质气体的分析灵敏度的提高量在之前实验的基础上分别增大了至少10倍。本文对冷凝浓缩法提高四极质谱计的分析灵敏度进行了定量计算,并且拟合出了冷凝系数随样品气体压强及冷凝时间的公式。根据拟合出的冷凝系数公式计算出四极质谱计分析灵敏度的提高倍数,并将理论值和实验值进行对比,得出误差在允许范围之内。

关键词：痕量气体分析四极质谱计冷凝浓缩法分析灵敏度提高倍数冷凝系数