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中国铁道科学 2020年第6期41卷 81-90页

作者：郑余朝孙克国司君岭孟庆余陈宇张弛西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中国铁路设计集团有限公司天津300251

为探索冻害问题的解决方法,依托京沈高铁瓦房店隧道,以隧道洞口气象条件代替区域气象条件,在考虑洞口气流对隧道传热作用的基础上,研究隧道温度场及其影响因素。首先,采用现场实测数据,对原址隧道数值模型和计算方法进行正确性验证;然后... 详细信息

为探索冻害问题的解决方法,依托京沈高铁瓦房店隧道,以隧道洞口气象条件代替区域气象条件,在考虑洞口气流对隧道传热作用的基础上,研究隧道温度场及其影响因素。首先,采用现场实测数据,对原址隧道数值模型和计算方法进行正确性验证;然后,采用正交试验方法,完成风温、风速、时间和风向4个因素对温度场影响的敏感性分析;最后,探讨风向的夹角和交替变化对温度场的影响。结果表明:4个因素中风温最为敏感,风速次之,风向夹角虽然影响最弱,但却不可忽视;主导风向与隧道走向存在夹角时,同一横断面的2侧温度场存在显著差异,30°的风向夹角可造成大约8%的相对温差;不同风向夹角下,相对温差均呈现中间段>进口段>出口段的现象,且随着风向夹角的增大,相对温差相应增大,隧道整体降温效果相应减弱;以隧道中部断面衬砌背后拱顶部位作为考察点,单一风向工况下的温度比风向正反交替变化工况低约4℃,更易导致冻害发生。

关键词：隧道季冻区气流作用温度场正交试验

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气流作用下超疏水表面凝结液滴脱除特性研究

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作者：洪天顺东南大学

学位级别：硕士

空气源热泵在冬季制热时存在结霜问题,霜层的存在增加了蒸发端换热器与空气之间的换热热阻和减少了空气流量,使得换热器性能下降,甚至导致机组不能正常工作。基于翅片表面结霜初期所形成的凝结液滴是霜层生长的基础,探索采用超疏水翅片... 详细信息

空气源热泵在冬季制热时存在结霜问题,霜层的存在增加了蒸发端换热器与空气之间的换热热阻和减少了空气流量,使得换热器性能下降,甚至导致机组不能正常工作。基于翅片表面结霜初期所形成的凝结液滴是霜层生长的基础,探索采用超疏水翅片结霜初期表面特性与气流综合作用,以期在凝结液滴冻结前将其去除,从而阻断霜层生长是一种可以规避现有空气源热泵结霜问题的新型除霜思路。而探究结霜初期凝结液滴的发展规律和气流作用下的凝结液滴脱除特性可为实现该除霜方法的基础。为此,本文采用理论与实验相结合的方法研究结霜初期水蒸气在冷表面冷凝成核的特性及凝结液滴的发展规律,揭示超疏水表面凝结液滴在气流作用下的脱除特性与作用机制,为除霜新方法探索提供理论指导。本文具体研究内容如下:首先,理论与实验研究了结霜工况下水蒸气在冷表面上冷凝成核特性,基于吉布斯自由能理论和分子动力学理论研究结霜工况下水蒸气在冷表面上的冷凝成核过程,在理论模型中引入凝结成核能障系数用于描述成核位点的特性。针对结霜工况下水蒸气在低温铝表面上的冷凝成核过程开展可视化实验研究,重点探究出现初始液核的位点的成核能障系数在冷凝成核过程中随时间的变化规律,理论模型在实验结果中得到验证,揭示水蒸气在冷表面上冷凝成核特性及发展规律。研究获得水蒸气冷凝形成初始液核的难易程度随基底材料表面能,冷表面温度、空气露点温度的变化规律;发现在初始成核阶段,出现初始液核的位点的成核能障系数随时间呈线性递增的变化规律。其次,研究并获得了超疏水表面结霜初期凝结液滴的生长及分布规律,针对结霜初期超疏水表面的凝结过程,引入液滴的冷凝传热模型用于描述液滴的冷凝生长,从实验上探究液滴直径增长率的变化规律,并与理论模型进行对比验证,分析接触角、基底温度、空气露点温度对液滴冷凝生长的影响。综合考虑液滴合并与液滴再成核的作用,针对合并液滴平均直径、液滴合并频率、合并液滴比值等参数,建立理论模型,在实验上对液滴合并对凝结液滴发展过程的影响进行量化分析。综合液滴冷凝生长、液滴合并对凝结液滴发展过程的影响,考虑液滴合并事件的随机性及再成核液滴的快速生长效应的影响,对理论模型进行修正,最终获得凝结液滴的数量密度、直径标准差、平均直径、表面覆盖率随时间的变化规律。最后,揭示了边界层效应下的凝结液滴在气流作用下的脱除特性及机制。通过可视化实验研究,对比普通铝、疏水、超疏水表面的凝结液滴在气流作用下的脱除特性,发现采用气流作用于超疏水表面凝结液滴能让凝结液滴在不到3s的时间内从表面脱除。引入液滴在剪切气流作用下的受力模型用于分析边界层效应下的微小凝结液滴在气流作用下的脱除过程,构建凝结液滴在气流作用下的扫掠模型,揭示凝结液滴在气流作用下脱除的临界条件及脱除特性,获得接触角、接触角滞后、液滴直径对液滴的临界脱离风速的影响规律,对比扫掠液滴直径与凝结液滴的临界脱离直径随液滴位置的变化规律,从理论上较好地解释了超疏水表面上的凝结液滴在气流作用下的脱除过程。

关键词：空气源热泵结霜凝结过程超疏水表面气流作用

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气流作用下水平管降膜流动传热特性研究

气流作用下水平管降膜流动传热特性研究

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作者：刘佳琦大连理工大学

学位级别：硕士

在当今世界能源紧缺的背景下,寻求节能高效的能源利用设备具有重要意义。水平管降膜蒸发技术经历了许多年的研究历程,已被证明具有传热效率高、节能节水、容易实现多效操作等优点,具有广阔的发展前景。然而,水平管外降膜流动与传热过程... 详细信息

在当今世界能源紧缺的背景下,寻求节能高效的能源利用设备具有重要意义。水平管降膜蒸发技术经历了许多年的研究历程,已被证明具有传热效率高、节能节水、容易实现多效操作等优点,具有广阔的发展前景。然而,水平管外降膜流动与传热过程是一个多种因素共同影响的复杂两相流动与热质传递过程。一方面,水平管内外两侧均发生相变;另一方面,换热性能受喷淋水流量、管径、管型及温度等流动参数或几何参数的影响。当引入气流条件时,降膜过程将变得更加复杂。因此,深入研究气流作用下的降膜流态、液膜厚度和速度分布以及传热性能等,对水平管降膜蒸发设备的设计应用有极其重要的学术价值和工程意义。本文在文献调研的基础上,确定了研究方向及内容。以竖直方向排列的两根水平管为研究对象,建立了三维数学物理模型,重点研究气流作用下水平管外降膜流动与蒸发传热过程,同时分析气流速度、喷淋流量和管间距等因素对降膜的影响规律。模拟分析了气流条件下水平管外降膜流态、液膜厚度和速度分布情况。结果表明:逆流气流带来的气液界面剪切力对液膜的流动具有阻碍作用,不同速度的气流会使液膜在水平管外的铺展出现不同程度的滞后。在喷淋Re数一定的条件下,随逆流气流速度的增加,液膜厚度整体变厚。沿圆周方向上的液膜速度随风速的增大而减小,并且在底部尾流区速度波动明显。对于轴向分布,由于液膜流动性质不同,θ=0°时,液膜流速随气流速度的增大而增大,而在θ=90°时,液膜速度随气流速度的增大而减小。在气流速度一定的条件下,增大喷淋Re数,液膜厚度及速度均增加;增大管间距,θ气流条件下水平管外降膜蒸发传热性能。结果表明:沿圆周方向换热管壁温先迅速升高后缓慢升高最后出现波动。随逆流气流速度增大,换热管同一截面处的壁面温差先增大后减小。局部传热系数与液膜厚度之间关联密切。沿圆周方向,二者先急剧降低后缓慢降低,在θ=160°以后,局部传热系数迅速下降而液膜厚度有所增大。逆流气流会使传热恶化。在较低气流速度下明显削弱传热效果,在较高气流速度下,传热系数略有提升但变化幅度很小。在气流速度一定的条件下,增大喷淋Re数,局部传热系数升高,上管换热效果优于下管。

关键词：水平管降膜流动蒸发换热气流作用数值模拟

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气流作用下液滴撞击圆柱外表面流动与换热研究

气流作用下液滴撞击圆柱外表面流动与换热研究

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作者：宋锋毅大连理工大学

学位级别：硕士

液滴撞击加热壁面过程广泛存在于生活、生产过程中,该过程具有较强的质热交换能力且对相关设备的有效运行有着重要的影响。目前,学术界对液滴依靠自身重力垂直撞击常温水平壁面已进行了较为全面、深入的研究,但对液滴撞击加热非水平壁面... 详细信息

液滴撞击加热壁面过程广泛存在于生活、生产过程中,该过程具有较强的质热交换能力且对相关设备的有效运行有着重要的影响。目前,学术界对液滴依靠自身重力垂直撞击常温水平壁面已进行了较为全面、深入的研究,但对液滴撞击加热非水平壁面,特别是对液滴受到气流的作用而不能垂直撞击到壁面上的相关研究较少,其中的关键流动和换热特征有待深入探索,所以本文采用数值模拟方法对液滴撞击圆柱外表面的动力学过程及换热过程进行了系统的研究。采用CLSVOF方法结合相变模型对液滴撞击圆柱外表面进行了三维数值模拟,分析了撞击过程中液滴沿壁面直径及母线方向上的形态变化与换热特点,总结了液滴产生破裂的原因以及破裂位置与撞击速度之间的关系。通过对撞击过程中液滴速度矢量图、形态相图、温度分布图及壁面热流相图的分析,得出了液滴铺展初期在三相接触线处和液滴破裂边缘处扰动较大,产生了蒸汽旋涡作用,强化了此处液滴与壁面间的换热,是液滴温升最快的两个位置。分析了壁面温度、接触角、撞击速度以及曲率比对液滴撞击圆柱外表面的铺展情况及蒸发换热的影响。结果表明:在较短时间内,壁面温度对液滴蒸发的影响较小具有滞后性,但接触角与撞击速度对液滴蒸发量影响较大;对不同曲率比条件下液滴在运动过程中的受力进行作图分析,指出了曲率比越大,液滴自身重力分力对其在铺展过程中的促进作用越明显即有助于液滴与壁面间的换热,特别是曲率比为0.5的液滴其与壁面间的换热效果远强于其他两组参数。对有气流作用下液滴撞击圆柱外表面过程进行了三维数值模拟,通过对液滴铺展过程中的受力情况进行分析得出,气流速度越小液滴偏离撞击点的径向位移越小,且速度较小的气流,对液滴反向铺展的阻碍作用较弱,有助于液滴的铺展。换热方面,气流速度越小,液滴在反向铺展三相接触点处与液滴中心最高点处的壁面热流密度越大,综上所述,横向气流速度越小对液滴与壁面间的换热越有利。

关键词：液滴撞击圆柱壁面 CLSVOF 蒸发换热气流作用

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Rieter清花机组气流作用探析

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棉纺织技术 1992年第11期20卷 30-33页

作者：史燕平常州市常新纺织有限公司

Rieter清花机组对其气流的合理配置和利用,提高了清花机组的开松、除杂、排尘、混棉作用。本文对机组主要机台的气流状态,结合生产实际及测试数据,探析其作用如下。

关键词：清花机组气流作用棉纺设备

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气流作用下球形种子在锥孔中受力和运动的相似模型

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农业机械学报 1984年第2期 26-36页

作者：蒋奕心洛阳工学院

作者用相似模型研究了气吹式排种器的清种过程。研究表明,锥孔中先后存在着漩涡和类双曲线这两种不同的气体流动状态,以及锥孔中种子相应的两种飞逸模式。查明了种子分层逸出锥孔的规律。阐明了气吹式排种器清种过程的机理。用受力分析... 详细信息

作者用相似模型研究了气吹式排种器的清种过程。研究表明,锥孔中先后存在着漩涡和类双曲线这两种不同的气体流动状态,以及锥孔中种子相应的两种飞逸模式。查明了种子分层逸出锥孔的规律。阐明了气吹式排种器清种过程的机理。用受力分析进一步解释了第一种飞逸模式的存在。对小球完成飞逸的必要时间及排种盘临界速度作了近似计算。

关键词：锥孔小球飞逸气流作用种子繁殖器官球形

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