单气泡池沸腾传热中的重力效应数值模拟

本文数值模拟了不同重力条件下饱和状态的FC-72在厚度5 mm的SiO2固壁上的单气泡池沸腾传热现象及相应的气泡动力学和传热性能.固壁底面给定均匀过热度10 K,其瞬态热响应被考虑在内.通过多个气泡周期的计算,得到了准稳态的沸腾过程.结果表明,在小热流密度下,气泡脱落直径Db反比于重力的1/2次方,且与Fritz模型一致;气泡脱落频率f则正比于重力.传热特性存在2个明显不同的区域,即重力相关区和重力无关区,其分界位置约为0.03g0:高于该临界重力时,热流密度与重力相关,恒定过热度下热流密度与重力呈确定的指数函数关系;小于该临界重力时,热流密度与重力无关.临界重力值对应于基于Laplace长度的无量纲加热器长度约2～3之间,与Raj-Kim-McQuillen重力标度模型建议的2.1相近.重力相关区标度指数随着过热度增大而单调增大,但明显大于Raj-Kim-McQuillen重力标度模型预测结果.研究结果还表明固壁瞬态热响应对重力无关区传热性能的影响比重力相关区更为明显.     

空间太阳电池封装体中气泡的研究与消除

研究气泡对空间太阳电池封装体的影响以及如何抑制气泡的生成.通过气液固三相体耦合分析研究了气泡形成后在粘合剂(非牛顿流体)中的运动变化过程,通过静态应力分析研究了空间环境中气泡的膨胀现象,并结合试验定性地分析了气泡的生成原理.从中推导出了气泡边界运动的控制方程,仿真得到了气泡的边界运动变化曲线和内部压强,计算出了含气泡的封装体局部的应力分布情况,并提出了抑制气泡生成的若干种方法.计算结果表明:气泡可引起封装体局部应力集中、使粘接面容易分离、使固化胶和玻璃盖片接近强度极限等.而试验表明:按照所提出的抑制气泡的方法进行操作,能有效抑制气泡的生成,减小/减少气泡的尺寸与数量.     

应用气泡雾化喷嘴的煤油超声速燃烧试验

在直联式超声速燃烧试验台上应用气泡雾化喷嘴,煤油当量比0.97和0.33分别使用氢气、空气和氮气为起泡气体进行了煤油超声速燃烧试验.在多种工况下实现了煤油的稳定燃烧.研究发现:凹槽火焰稳定器通过制造高温低速漩涡区增加煤油在燃烧室内的停留时间,并使煤油得到充分加热从而实现煤油的点火和稳定燃烧.通过气泡雾化喷嘴加入少量氢气,由于氢气进入燃烧室后迅速自燃释放热量,能够提高煤油的燃烧性能,使得煤油能够在无凹槽火焰稳定器的条件下稳定燃烧.      

微重力池沸腾传热研究

对利用中国返回式卫星搭载开展的两次微重力池沸腾空间实验及地基常重力和落塔短时微重力实验的结果进行了评述. 研究发现微重力时丝状加热器沸腾传热会略有强化, 而平板加热器则在高热流条件下明显恶化. 微重力时, 气泡脱落前存在沿加热面的横向运动, 加剧了相邻气泡间的合并, 合并气泡会在其表面振荡作用下从加热面脱落. Marangoni 效应对于微重力气泡行为有重要影响.      

弹性与后掠角对三角翼绕流结构的影响

为了研究低雷诺数下微小型飞行器布局的流动机理,在水槽中对展长/根弦长之比为0.5的一系列变弹性和后掠角机翼的绕流结构进行了氢气泡流动显示实验.结果表明,在低雷诺数条件下,流动结构变化规律如下:随着后掠角增大,弹性翼绕流遵循"Ω涡一对前缘涡一对前缘涡与双涡一对前缘涡、双涡与三涡一对前缘涡与双涡一对前缘涡"的变化规律,刚性翼绕流的涡结构变化规律与弹性翼相似,但不存在三涡结构.     

不同盐度下海水表面张力系数的表征研究

为研究不同盐度下海水表面张力系数的表征，并精简其表面张力系数的测定手段，根据气泡在海水中的受力情况，建立了海水中的气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度模型。通过搭建气体水下排放试验台，使用常压空气和6种不同盐度的海水分别作为实验的气相和液相，将气泡划分为低雷诺数缓慢上浮及高雷诺数快速上浮2种运动状态，并分别进行实验。用高速摄影技术对气泡运动进行实验观测，通过MATLAB编程对拍摄的图像进行分析处理，测定气泡脱离体积及瞬时稳态上浮速度。将实验数据代入到所建立的模型中，获得不同盐度下海水表面张力系数表征函数。结果表示，当气泡在非射流情况下生成及上浮时，气泡处于小半径慢速运动状态，属于低雷诺数运动过程，海水盐度与表面张力系数拟合效果理想，模型计算值与实验数据符合良好，偏离程度不到2%。     

新型空气/酒精火炬点火器设计及试验

为满足燃烧装置对点火系统低时序控制精度和运行参数宽范围可调的需求，设计了一种能够在宽油气比范围内工作，且对燃料和氧化剂注入时序要求较低的空气/酒精火炬点火器。该火炬点火器利用气泡雾化喷嘴组织燃料雾化，采用电嘴进行点火，开展了不同气液质量比和当量比下火炬点火器的热态调试，并将其作为点火装置应用于燃烧加热器开展点火试验。结果表明：火炬点火器在空气注入稳定后即可注入燃料点火起动，对燃料和氧化剂注入时序要求较低；在气液质量比5.73%~19.56%和当量比0.51~2.48内，火炬点火器均能实现快速点火和稳定燃烧，具备点火参数在较宽范围内调节的能力；将火炬点火器应用于燃烧加热器，可迅速点燃主气流，在燃烧加热装置上有良好应用前景。     

微重力下加热面尺寸对气泡动力学行为的影响

为揭示微重力环境下加热表面尺寸对气泡动力学行为的影响，通过对比实验研究了不同热流密度条件下两种尺寸芯片表面核态沸腾过程中气泡的动力学行为.结果表明，低热流密度时两种尺寸芯片表面均能维持典型的孤立气泡沸腾，气泡生长合并过程缓慢，仅大芯片表面气泡脱落，并且体积达到小芯片气泡的3.4倍.两芯片在中等热流密度下均呈稳定的核态沸腾，气泡生长合并加速、脱离频率升高.大芯片表面气泡脱离次数明显高于小芯片，脱离气泡产生的尾流效应减小了后续气泡的脱离直径，进而有效抑制了气泡底部干斑的形成.高热流密度时，小芯片处于膜态沸腾状态，沸腾换热显著恶化；而大芯片表面仍能维较持稳定的核态沸腾.因此，增大芯片尺寸能有效促进气泡脱离，提高临界热流密度.继续升高大芯片热流至临界热流密度之上，虽然进入膜态沸腾换热状态，但是气泡无法完全覆盖芯片表面且可缓慢滑移，从而缓和了芯片温度上升速率.      

施放深度对气泡水体携带能力影响的实验研究

水中上升气泡对周围水体的携带能力受多方面因素的影响,由于测量手段缺乏等原因,其影响规律研究一直是两相流领域的难点。引入气泡上升携带水量的概念表征其水体携带能力的大小,进而利用专门设计的实验装置,采用双液分离测量法,调整喷嘴至27．5～52．5cm之间的不同施放深度,进行气泡上升携带水量的测量实验。结果表明：在注气量（20ml）和注气速度（3ml／s）等一定的条件下,随着气体施放深度的增加,气泡水体携带能力呈现缓慢增强并逐渐稳定的总趋势,但其间（施放深度约35．0～45．0cm）该能力会略有下降,并有极小值出现;且在绝大多数情况下,小口径喷嘴生成气泡的水体携带能力稍强。上述结论可为化工等领域工程应用中设计合理气体施放深度、确定最佳喷嘴口径等问题提供参考依据。     

水下超声速燃气射流气泡的生长及压力波传播特性实验研究

为获取燃气射流对上游水域的影响特性,采用燃气发生器和水下实验系统,研究了水下超声速燃气射流的气泡生长及演变过程,以及气泡压力波在水中的传播特性,并研究了压力波在水介质中的衰减规律。研究表明,燃气泡生长和"破碎"伴生着压力脉动在水介质中传播,气泡压力波的能量在水介质中快速衰减。