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无水甲醇质量比对紧凑型预冷器的结霜和抑霜性能的影响

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航空动力学报 2023年第3期38卷 596-606页

作者：韦宏杨学森李治达郭晓峰唐中富付超董威上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

在主流来流的速度值、湿度值和温度值分别为10 m/s、6.4 g/kg和50℃的实验条件下,对微管式紧凑型预冷器的结霜和抑霜性能进行了实验研究。在抑霜实验工况中,采用无水甲醇作为抑霜的有机溶剂,且在抑霜实验过程中喷射了三个不同质量比(0.7... 详细信息

在主流来流的速度值、湿度值和温度值分别为10 m/s、6.4 g/kg和50℃的实验条件下,对微管式紧凑型预冷器的结霜和抑霜性能进行了实验研究。在抑霜实验工况中,采用无水甲醇作为抑霜的有机溶剂,且在抑霜实验过程中喷射了三个不同质量比(0.75、1.0和1.25)的无水甲醇对预冷器进行抑霜。对不同实验工况的结霜和抑霜性能、压力损失系数、预冷器管束的壁面温度和预冷器的换热率进行了详细地分析。实验结果表明,在进行结霜实验时,当低温冷却剂流经预冷器的微细管束内部时,在预冷器的外侧会快速地凝结霜层,且霜层随着实验时间的增长而逐渐累积。然而,一旦向主流来流中喷射了三个不同质量比的无水甲醇之后,会产生非常明显的抑霜效果,主流的压力损失系数显著下降且预冷器的换热率明显提高。此外,预冷器微细管束的壁面温度也显著的增大了,其壁面温度均高于水的冰点,这是喷射无水甲醇能够产生抑霜效果的直接原因。在向主流喷射三个不同质量比的无水甲醇的抑霜实验中,当喷射的无水甲醇的质量比为1.0时的抑霜效果最佳。此外,根据对抑霜实验结果进行分析,可以进一步地推测:实现最优抑霜性能的最佳无水甲醇质量比可能介于1.0~1.25之间。

关键词：微细管式紧凑型预冷器无水甲醇的抑霜性能结霜压力损失系数壁面温度换热率

快速来流条件下低温平板常物性霜层一维干模态结霜模拟研究

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工程热物理学报 2022年第1期43卷 219-225页

作者：夏斌徐向华梁新刚清华大学航天航空学院热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000

在快速来流条件下低温平板结霜实验观测的基础上,提出了该种结霜条件下的一维结霜模型。在准稳态的假设前提下,构建了动态结霜的能量方程和质量方程,进行了常物性霜层一维模拟,模拟结果与结霜实验结果吻合较好。进行了单因素变化的一维... 详细信息

在快速来流条件下低温平板结霜实验观测的基础上,提出了该种结霜条件下的一维结霜模型。在准稳态的假设前提下,构建了动态结霜的能量方程和质量方程,进行了常物性霜层一维模拟,模拟结果与结霜实验结果吻合较好。进行了单因素变化的一维干模态结霜模拟分析,研究了冷板温度、来流速度、来流湿度、来流温度、霜层密度和霜层热导率等因素变化对结霜的影响规律。在所模拟的参数范围内,来流温度、霜层密度对结霜厚度的影响较小,来流速度、来流湿度、冷板温度和霜层热导率对结霜厚度的影响较大。

关键词：快速来流低温平板结霜模拟

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结霜下空温式深冷翅片管传热特性

化学工程 2023年第2期51卷 35-40页

作者：时国华蒋可周文博赵岳天华北电力大学能源动力与机械工程学院河北保定071003 华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室河北保定071003

翅片管的传热特性决定着液化天然气(LNG)空温式气化器的气化性能,且管外表面结霜对传热特性的影响不可忽略。以空温式深冷翅片管为研究对象,建立翅片管空气侧传热模型,引入霜层物性参数经验公式,探究霜阻随风温与气化时间的变化规律,采... 详细信息

翅片管的传热特性决定着液化天然气(LNG)空温式气化器的气化性能,且管外表面结霜对传热特性的影响不可忽略。以空温式深冷翅片管为研究对象,建立翅片管空气侧传热模型,引入霜层物性参数经验公式,探究霜阻随风温与气化时间的变化规律,采用流体体积函数(VOF)多相流模型捕捉翅片管内气液两相区的流型,模拟分析结霜结露工况下翅片管内流动沸腾传热过程,研究单根翅片管管内外流固耦合传热机理。结果表明:强制通风下,当送风温度为273 K时,翅片管持续气化运行15 000 s,霜层厚度为10.8 mm,天然气出口温度为267.2 K;提高送风温度,有利于翅片管持续稳定运行;管内气相区长度随着送风温度的降低而降低,其占总管长的比例从303 K时的75%降低到了273 K时的35%;随着LNG入口流速的增大,管内流体传热系数提高且提前达到峰值,但达到0.8 m/s时管内出现传热恶化,导致液态天然气气化不完全,需选取合理的入口流速值。

关键词：流固耦合流型结霜 LNG 传热恶化

冷表面温度对超疏水翅片结霜特性与抑霜性能的影响

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制冷学报 2022年第6期43卷 107-113页

作者：汪峰汤锐王志豪杨卫波高昂扬州大学电气与能源动力工程学院扬州225127 广东欧科空调制冷有限公司东莞523516

为揭示冷表面温度对超疏水翅片结霜特性与抑霜性能的影响规律,本文搭建了可视化结霜实验系统,并对不同冷表面温度下超疏水翅片的结霜过程进行研究,同时与未经表面处理的裸翅片进行对比。实验结果表明:超疏水翅片表面初始凝结液滴开始冻... 详细信息

为揭示冷表面温度对超疏水翅片结霜特性与抑霜性能的影响规律,本文搭建了可视化结霜实验系统,并对不同冷表面温度下超疏水翅片的结霜过程进行研究,同时与未经表面处理的裸翅片进行对比。实验结果表明:超疏水翅片表面初始凝结液滴开始冻结、冻结50%和完全冻结的时间均随冷表面温度的降低而缩短;冷表面温度越低,晶核的临界半径越小,晶核越密集,液滴完全冻结时表面覆盖率越高;超疏水翅片和裸翅片表面的霜层厚度随着冷表面温度的降低而增加,结霜45 min后,超疏水翅片在冷表面温度为-5、-10、-15、-20℃时的霜层厚度分别为裸翅片的78.8%、95.6%、94.6%和79.8%,表明超疏水翅片在不同冷表面温度下均具有抑霜效果。

关键词：结霜超疏水翅片冷表面温度凝结液滴

强对流条件下使用p-VOF方法的低温圆管二维结霜模拟

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空气动力学学报 2022年第5期40卷 91-99页

作者：夏斌梁新刚徐向华清华大学航天航空学院热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000

为进行强对流条件下低温表面的结霜模拟,新发展了称为p-VOF方法的结霜模拟方法,该方法是一种用于有相变发生的多相流模拟的伪VOF方法:通过显式求解简化的质量守恒方程得到霜相的体积分数变化,替代CFD软件中原有的体积分数方程的求解。使... 详细信息

为进行强对流条件下低温表面的结霜模拟,新发展了称为p-VOF方法的结霜模拟方法,该方法是一种用于有相变发生的多相流模拟的伪VOF方法:通过显式求解简化的质量守恒方程得到霜相的体积分数变化,替代CFD软件中原有的体积分数方程的求解。使用p-VOF方法对强对流条件下低温圆管的二维结霜进行了模拟,分析了强对流条件下低温圆管结霜的大致规律与特征。在常物性霜层条件下,来流湿度越大或管壁温度越低,霜层生长速率越快,霜层越厚;来流速度越大,在结霜初期的霜层生长速率越大,但霜层生长速率明显减慢的时间越早,最终的霜层也越薄。研究表明p-VOF方法能够正确反映圆管外形下流动、传热与霜层形貌变化的相互耦合关系,可用作强对流下的低温圆管二维动态结霜模拟的基础方法。

关键词：结霜 p-VOF 圆管强对流模拟

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铝基波纹表面结霜特性实验研究

制冷学报 2022年第3期43卷 78-86页

作者：刘耀盛伟方永强张培成郑海坤郝晓茹河南理工大学机械与动力工程学院焦作454003 哈密豫新能源产业研究院哈密839000

本文针对铝基波纹翅片换热器广泛应用及结霜问题,基于相变驱动力分析结霜机理,实验研究了在不同冷表面温度(-5~-15℃)、空气温度(11~17℃)、空气流速(1.5~2.5 m/s)等工况下,铝基裸铝波纹表面的结霜情况,观察了铝基波纹表面上霜层生长过... 详细信息

本文针对铝基波纹翅片换热器广泛应用及结霜问题,基于相变驱动力分析结霜机理,实验研究了在不同冷表面温度(-5~-15℃)、空气温度(11~17℃)、空气流速(1.5~2.5 m/s)等工况下,铝基裸铝波纹表面的结霜情况,观察了铝基波纹表面上霜层生长过程中的微观形貌,并采用田口实验法分析了环境因素对表面结霜情况的影响。结果表明:环境因素的改变会对铝基波纹表面结霜产生不同程度的影响,以波纹角度11.3°为例,结霜60 min时,与冷表面温度为-5℃相比,冷表面温度为-10℃和-15℃时结霜量分别增长12.20%和31.28%,霜层厚度分别增长19.95%和47.24%。田口实验法分析表明:相比湿空气温度和空气流速,冷表面温度和湿空气相对湿度对波纹表面结霜特性影响相对较大,对波纹表面结霜量的贡献率分别为37.3%和31.8%,对霜层厚度的贡献率分别为61.1%和22.6%。空气流速对结霜量的贡献率为22.6%,而对结霜层厚度的贡献率仅为4.2%,表明空气流速对霜层的致密化作用较大。

关键词：结霜相变驱动力波纹表面微观形貌田口法

不同环境工况下表面润湿性及外加磁场对结霜影响的实验研究

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热科学与技术 2022年第4期21卷 311-321页

作者：宋立超秦妍官吏男李维仲大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

对不同润湿性表面及外加磁场的结霜过程受冷表面温度(t)和环境相对湿度(φ)的影响进行了微观可视化研究,结合机理分析对比了在t=-10.0℃和t=-35.0℃、φ=65%和φ=90%工况下不同强度磁场和不同接触角表面上结霜形态、霜层厚度、结霜质量... 详细信息

对不同润湿性表面及外加磁场的结霜过程受冷表面温度(t)和环境相对湿度(φ)的影响进行了微观可视化研究,结合机理分析对比了在t=-10.0℃和t=-35.0℃、φ=65%和φ=90%工况下不同强度磁场和不同接触角表面上结霜形态、霜层厚度、结霜质量和密度的变化规律。研究显示,相比高温低湿工况,低温高湿工况下结霜进程加快,结霜前期水珠凝结合并阶段缩短400 s左右。结果表明:随着t的降低和空气φ的增大,磁场和表面特性对结霜过程的影响减弱;t和空气φ对疏水表面抑霜效果的影响要大于对磁场抑霜效果的影响,且影响程度随着表面接触角和磁场强度的增大而增大。

关键词：结霜磁场表面特性传热相变温湿度

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结霜工况下微通道蒸发器数值模拟

低温与超导 2022年第7期50卷 34-38页

作者：尚泽栋王洪利梁精龙张振迎华北理工大学冶金与能源学院唐山063210 华北理工大学建筑工程学院唐山063210

基于相变原理,以微通道平行流蒸发器为研究对象,建立了管内制冷剂换热模型,对结霜工况下微通道蒸发器进行了研究。结果表明,制冷剂入口温度、湿空气含湿量及翅片迎面风速三种工况下,制冷剂液相体积分数随时间的延长均呈现先减小后增加... 详细信息

基于相变原理,以微通道平行流蒸发器为研究对象,建立了管内制冷剂换热模型,对结霜工况下微通道蒸发器进行了研究。结果表明,制冷剂入口温度、湿空气含湿量及翅片迎面风速三种工况下,制冷剂液相体积分数随时间的延长均呈现先减小后增加的趋势。其中,制冷剂入口温度工况下变化尤为显著。蒸发器壁面温度变化则与液相体积分数变化趋势相反。研究结果为微通道蒸发器结霜研究提供参考。

关键词：微通道蒸发器结霜数值模拟两相流

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基于熵产的水蒸气相变结霜不可逆热力学分析

低温与超导 2023年第12期51卷 90-95页

作者：姚淑婷金树峰谭风光陈叔平兰州理工大学石油化工学院兰州730050

建立了自然对流工况下空温式气化器翅片管与湿空气流动传热物理模型,基于不可逆热力学理论建立了结霜工况下翅片管表面热、质传递过程耦合的数学模型,讨论了结霜过程中的传热传质交叉耦合效应及湿空气温度、流速等因素对霜生长的影响。... 详细信息

建立了自然对流工况下空温式气化器翅片管与湿空气流动传热物理模型,基于不可逆热力学理论建立了结霜工况下翅片管表面热、质传递过程耦合的数学模型,讨论了结霜过程中的传热传质交叉耦合效应及湿空气温度、流速等因素对霜生长的影响。结果表明,翅片管表面结霜是水蒸气相变化学势、湿空气温度梯度、压力梯度以及管内低温液体温度梯度等广义热力学力共同作用下的相变过程。翅片管表面非自发的相变结霜过程以其表面自发的传热过程作为补偿,对热量传递过程产生抑制作用,发生热、质不可逆过程之间的热力学耦合。

关键词：空温式气化器结霜传热传质不可逆热力学