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十字型微通道中非定常分散相速度下液滴生成的数值分析

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高校化学工程学报 2018年第3期32卷 522-528页

作者：陈珉芮钱锦远李晓娟金志江浙江大学化工机械研究所杭州310027 瑞典隆德大学能源科学系瑞典隆德22100

微液滴因其独特的流体力学特性和尺寸效应,在许多领域得到了广泛的应用。在制备微液滴时常使用蠕动泵为流体提供流动推动力。实际上,当时间尺度足够小时,蠕动泵提供的推动力是呈一定周期性变化的,这对液滴的生成来说是一种周期性的扰动... 详细信息

微液滴因其独特的流体力学特性和尺寸效应,在许多领域得到了广泛的应用。在制备微液滴时常使用蠕动泵为流体提供流动推动力。实际上,当时间尺度足够小时,蠕动泵提供的推动力是呈一定周期性变化的,这对液滴的生成来说是一种周期性的扰动。为研究周期性扰动对十字型微通道内液滴生成的影响,本文基于经过验证的模型,在分散相入口流速为时间的正弦函数条件下对液滴生成情况进行了数值模拟。模拟采用流体体积(VOF)模型,以硅油为连续相、水为分散相,首先模拟了两相流体入口流速均为0.01 m×s^(-1)的工况,得到液滴生成时间为0.08 s。导入周期分别为0.04、0.08、0.12、0.16 s以及振幅分别为0.0025、0.005、0.0075、0.01的正弦函数作为分散相入口流速,模拟不同条件下液滴的尺寸和生成时间。模拟结果表明,当正弦函数周期≤0.08 s时,改变周期和振幅对液滴尺寸和生成时间的影响较小;当正弦函数周期大于0.08 s时,液滴尺寸和生成时间会呈现周期性变化。而正弦函数的振幅对液滴的生成影响不明显,只对液滴生成达到稳定状态的时间有影响。

关键词：微通道两相流微液滴入口流速流体体积模型

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基于旋流火焰根部熄火现象的FGM模型研究

燃烧科学与技术 2020年第4期26卷 301-309页

作者：俞森彬刘潇刘欣张志浩隆德大学能源科学系瑞典隆德22100 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 隆德大学燃烧物理系瑞典隆德22100

针对原尺寸的复杂几何预混旋流燃烧器开展了同步OH/CH2O-PLIF测量,并利用发展的带拉伸查表法(SFGM)耦合大涡模拟(LES)的方法模拟了相同雷诺数下(Re=10000)稳定火焰及临近吹熄下的旋流燃烧特性.发展的SFGM模型在化学反应源项中引入与拉... 详细信息

针对原尺寸的复杂几何预混旋流燃烧器开展了同步OH/CH2O-PLIF测量,并利用发展的带拉伸查表法(SFGM)耦合大涡模拟(LES)的方法模拟了相同雷诺数下(Re=10000)稳定火焰及临近吹熄下的旋流燃烧特性.发展的SFGM模型在化学反应源项中引入与拉伸率直接相关的着火因子,如此拉伸率则无需与进展变量耦合建表,极大地缩小了建表工作量.随后将模拟结果与实验结果对比,验证了LES耦合SFGM模型可以较为准确地捕捉复杂几何旋流预混燃烧的火焰形态(OH及CH2O×OH分布):如预测到预混管出口处的局部熄火位置,临近吹熄的火焰相比于稳燃火焰有更高的抬升高度.在强旋流下,湍流火焰的传播速度和湍流速度的脉动值成正相关,火焰前锋面在上游侧的边缘位置很大程度上由流场向下游扩张的轴向速度和中央回流区(CRZ)中的主体火焰向上游传播的速度共同决定.随着当量比降低到熄火极限,CRZ内的混合物被不断稀释,火焰逐渐破碎成孤立的火核;与此同时,燃烧温度下降导致火焰传播速度降低,而流场速度不变,火焰前锋面被吹向下游远离CRZ并最终被吹熄.

关键词：旋流预混燃烧 LES SFGM 火焰稳定吹熄

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微通道内液-液两相流流型及传质的研究进展

化工进展 2019年第4期38卷 1624-1633页

作者：钱锦远李晓娟吴赞陈珉芮金志江蒙特.桑顿浙江大学能源工程学院化工机械研究所浙江杭州310027 瑞典隆德大学能源科学系瑞典隆德22100

微通道内液-液两相流流动在微化工系统中占有重要的地位,了解微通道内液-液两相流体流动和传质规律对推动其工业化应用有重要作用。本文以微通道内液-液两相流系统为研究对象,简述了不同工况下微通道内液-液两相流流型和混合传质效率,... 详细信息

微通道内液-液两相流流动在微化工系统中占有重要的地位,了解微通道内液-液两相流体流动和传质规律对推动其工业化应用有重要作用。本文以微通道内液-液两相流系统为研究对象,简述了不同工况下微通道内液-液两相流流型和混合传质效率,分析了微通道特征、流体性质和流体流动速度等对流型形成和传质效率的影响。指出目前对于微通道内液-液两相流的研究多处于定性研究,定量研究仅针对某一体系展开,所得结果具有一定的局限性。关于微通道内液-液两相流传质研究实验较多而数值模拟方法相对较少,接下来的研究工作中应该考虑建立微通道内液-液两相流基础研究的数据库,通过分析大量的数据获得有效的流型划分准则和相关经验式以此推动微通道内液-液两相流的工业化应用。同时在传质研究过程中应研究开发相应的数值模拟模型,保证实验和数值模拟相结合,提出有效的传质效率评价机制。

关键词：液-液两相流流型混合传质微通道

含阻系统分析方法及其在先导式截止阀阀芯小孔设计中的应用

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工程设计学报 2017年第5期24卷 496-502,517页

作者：钱锦远金志江浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027 隆德大学能源科学系瑞典隆德22100

随着社会和时代的进步,复杂物理系统日益常见,传统的工程分析与设计方法面临着巨大挑战,因此,针对复杂物理系统的诸多参数,研究新的分析方法、提炼海量数据、指导工程分析与设计,显得尤为迫切。从系统分析方法角度,对弹簧滑块系统、直... 详细信息

随着社会和时代的进步,复杂物理系统日益常见,传统的工程分析与设计方法面临着巨大挑战,因此,针对复杂物理系统的诸多参数,研究新的分析方法、提炼海量数据、指导工程分析与设计,显得尤为迫切。从系统分析方法角度,对弹簧滑块系统、直流电路系统、流场压降系统和平板传热热阻系统进行了阐述;对4种物理系统中的重要物理量进行了分析与归纳,提出了含阻系统的设想,其由阻元、过体和势头三个部分组成;在已经具有海量数据的基础上,含阻系统分析方法可通过确立物理系统中的阻元、过体和势头,建立阻元对势头的直接联系,简化物理问题,得到相对准确的结果。同时,采用含阻系统分析方法对先导式截止阀的阀芯设计进行了研究,结果表明,数值模拟和含阻系统分析方法得出的阀芯小孔处的压差和最大汽含率均在2%的误差范围内,这说明含阻系统分析方法可用于指导先导式截止阀阀芯小孔的设计。在海量数据积累的大数据时代,含阻系统分析方法可针对各种类型的复杂物理模型进行工程分析与设计,具有广阔的应用前景。

关键词：含阻系统系统设计方法先导式截止阀压差最大汽含率

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微通道换热器结霜现象的研究进展

现代化工 2017年第11期37卷 47-50,52页

作者：李晓娟钱锦远陈珉芮金志江浙江大学化工机械研究所浙江杭州310027 瑞典隆德大学能源科学系瑞典隆德22100

针对微通道换热器结霜现象,分析了结霜对微通道换热器性能的影响,归纳了影响微通道换热器结霜的因素,包括环境因素和结构因素,并就近年来国内外学者对于这一问题的研究进展进行了综述。

关键词：微通道换热器结霜环境因素结构因素

IT-SOFC阳极表面催化反应机理与传递过程的数值模拟与分析

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化工学报 2013年第6期64卷 2208-2218页

作者：杨超杨国刚岳丹婷袁金良大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026 瑞典隆德大学能源科学系

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有效率高、污染低、对燃料适应性好、功率大等特点。其性能与工作状态受发生在多孔阳极的化学反应与多种传递过程耦合的影响。基于流体力学方程组和多步基元化学反应模型,建立了描述上述耦合特性的三维数学模... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有效率高、污染低、对燃料适应性好、功率大等特点。其性能与工作状态受发生在多孔阳极的化学反应与多种传递过程耦合的影响。基于流体力学方程组和多步基元化学反应模型,建立了描述上述耦合特性的三维数学模型,并自编程序求解分析。结果显示:重整反应主要发生在靠近通道进口的多孔阳极,表面成分Nis的覆盖率占70%～80%,其他主要表面成分为COs占20%～25%,Hs占6%,Os占1.5%;Nis随工作温度升高而增加;加强吸附基元反应会提高燃料利用率和工作温度;渗透率增加会提高反应气体在多孔介质内的传递效果,但催化反应会因接触不充分而减弱。通过考虑基元反应机理研究表明,在微观层面,催化剂Ni利用率不高,催化反应受温度、化学反应速率常数、孔隙率等参数影响较大。

关键词： CFD分析 SOFC模型基元反应化学反应速率常数渗透率

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掺氢比对高Ka数射流预混湍流火焰的影响

燃烧科学与技术 2021年第1期27卷 52-59页

作者：俞森彬刘潇周波隆德大学能源科学系瑞典隆德22100 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 南方科技大学力学与航空航天工程系深圳518055

在同步多物种平面激光诱导荧光(PLIF)测量的实验基础上,采用大涡模拟(LES)湍流模型耦合输运概率密度函数(TPDF)燃烧模型,以及44组分及268步CH4化学反应机理模拟了CH4/H2/空气混合气的不同掺氢比(0,20%,50%)时对高Ka数下预混湍流射流火... 详细信息

在同步多物种平面激光诱导荧光(PLIF)测量的实验基础上,采用大涡模拟(LES)湍流模型耦合输运概率密度函数(TPDF)燃烧模型,以及44组分及268步CH4化学反应机理模拟了CH4/H2/空气混合气的不同掺氢比(0,20%,50%)时对高Ka数下预混湍流射流火焰的影响.结果表明,LES耦合TPDF模型可以较为准确地捕捉火焰高度,模拟该类火焰的速度分布、反应锋面CH的分布以及火焰褶皱及局部熄火等现象.随着掺氢比的升高,火焰高度降低,火焰根部的局部熄火得到显著改善.相比于掺氢,在未掺氢时,由于其更小的临界拉伸率及更少的H2与伴生火焰带来的自由基反应的机会,使得火焰根部出现局部熄火更为频繁.同时进一步发现,火焰根部的燃烧模式与主燃烧区域存在很大区别,火焰根部的扩散作用更为显著.

关键词：分布反应区局部熄火燃烧模式大涡模拟-TPDF燃烧模型掺氢

竖直矩形通道内超临界正癸烷振荡特性的大涡模拟

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南京航空航天大学学报 2022年第2期54卷 281-289页

作者：李勇孙丰谢公南曹桢傅佳宏西北工业大学航海学院西安710072 太原理工大学电气与动力工程学院太原030024 隆德大学能源科学系隆德SE‑22100 浙大城市学院机械电子工程学系杭州310015

基于超临界碳氢燃料的主动再生冷却被认为是超燃冲压发动机最具前景的热管理方法之一。本研究利用大涡模拟数值方法探究矩形通道内超临界碳氢燃料初始流动传热的瞬态变化规律的,证实了超临界振荡效应的存在,即温度和速度分布波动性较强... 详细信息

基于超临界碳氢燃料的主动再生冷却被认为是超燃冲压发动机最具前景的热管理方法之一。本研究利用大涡模拟数值方法探究矩形通道内超临界碳氢燃料初始流动传热的瞬态变化规律的,证实了超临界振荡效应的存在,即温度和速度分布波动性较强。通过监测10^(-4) s时间尺度下的速度变化规律,发现振荡有着近似三角函数式的频率和振幅。冷却通道被加热初期时,近加热壁面处热流体在浮升力作用下流向低温区域;随着流体温度逐渐接近其拟临界值,其物性参数发生剧烈变化,摩擦因数和流体动能呈现振荡性,在远离加热壁面的位置诱导出了强化涡;随着时间推移,强化涡开始向加热壁面移动,伴随着低温流体冲击热壁面,使其热输运得到强化。

关键词：主动再生冷却振荡效应强化涡大涡模拟

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截断肋排布方式对内冷通道换热性能的影响

南京航空航天大学学报 2021年第4期53卷 504-512页

作者：张国花谢公南 SUNDEN Bengt 李书磊西北工业大学机电学院西安710072 西北工业大学航海学院西安710072 隆德大学能源科学系隆德SE-22100 西北工业大学深圳研究院深圳518057

在给定通道雷诺数的条件下,实验研究了矩形内冷通道中截断肋片在6种不同排布方式下的换热特性,并结合三维数值模拟方法,基于流动特征深入分析了其中的对流换热机理。研究表明:6种不同排布方式下,结构2-3-5-9通道的换热性能最好,结构2-5-... 详细信息

在给定通道雷诺数的条件下,实验研究了矩形内冷通道中截断肋片在6种不同排布方式下的换热特性,并结合三维数值模拟方法,基于流动特征深入分析了其中的对流换热机理。研究表明:6种不同排布方式下,结构2-3-5-9通道的换热性能最好,结构2-5-3-9通道的换热性能最差;结构2-3-5-9通道的压力损失最大,结构2-5-9-3通道的压力损失最小。就总体热性能而言,结构2-9-5-3的最好,结构2-3-5-9的次之,结构2-5-3-9的最差。对流动特征的分析可知,肋片截断区域诱导的横向涡增强主流与边界层流体的掺混,强化了受热壁面与流体间的换热;截断肋片的不同方式排布使通道中流动特征不尽相同,但截断区域的涡结构基本相似。

关键词：涡轮叶片截断肋总体换热性能横向涡压力损失