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水滴在高温环境中的蒸发过程

1引言火灾一直是困挠人类的一件大事,每年给国家造成巨大损失。水灭火是最常用的灭火措施,如能了解水在火焰区的运动与蒸发的过程,则对火灾的防治很有用处。本文分析并求解出了水在不同环境压力环境温度下的蒸发过程。2水滴蒸发的基本模型2.1基本假定本文假定水滴因内部环流等原因使得水滴内部温度始终保持均匀。水滴到达平衡温度之前,蒸发只取决于扩散,为不平衡蒸发,传给水滴的热量除用于蒸发吸热外,还供给其升温。水滴到达平衡温度之后,则为扩散与传热相平衡的蒸发。本文不考虑对流热损失及边界内移效应。假设此时的水滴半径为水滴已到达火焰面并与之接触时的半径,此时热传导占绝对优势,即可不考虑热辐射。2.2水滴在升温阶段的能量平衡关系根据以上简化假设,可得出水滴蒸发的基本方程及边界条件,从而可导出扩散形式的水滴蒸发公式:式中:G--质量蒸发速率;D--液滴蒸气扩散速率;W--表面处的物性参数。在计算传给水滴的热量时,如果忽略水滴在升温期间的蒸发,按球体不稳定...  (本文共5页) 阅读全文>>

广西大学
广西大学

高温低压过热蒸汽发生器模拟仿真与实验研究

热能是人类利用自然界能源最为主要的能量形式,蒸汽则是热能利用过程中一个最为重要的组成部分。本文研究的新型高温低压过热蒸汽发生器,采用喷雾技术与导热油相结合方式,将水加压后以雾状形态喷入蒸汽发生器中吸收导热油传导的热量,迅速产生蒸汽,突破了传统蒸汽的生产方式,提高了换热效率,降低了生产能耗以及对于制造材料强度的要求。本文的主要研究内容如下:(1)以按专利技术研发的高温低压过热蒸汽发生器为研究平台,分析了高温低压过热蒸汽发生器换热特性及水滴蒸发汽化时间缩短的机理。(2)通过运用流体力学软件Fluent中的DPM离散相模型,模拟研究水滴在不同环境温度压力下的蒸发汽化过程,同时建立水滴蒸发汽化的数学模型,旨在用数值模拟和计算方法研究水滴汽化过程中水滴粒径、表面温度随时间的变化规律,总结得出高温低压状态下更有利于缩短水滴蒸发汽化时间。(3)对蒸汽发生器不同工况进行了实验测试,通过运用单因素分析方法,研究分析蒸汽发生稳定工况下蒸汽温度、压力...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

《河北工业大学学报》2011年01期
河北工业大学学报

基于“薄膜理论”的单个水滴在高温烟气中蒸发参数研究

转炉干法除尘蒸发冷却技术因其能耗低、煤气回收率高及污染小的优点越来越受到企业的重视,于上世纪九十年代在我国各大钢铁企业开始推广应用.蒸发冷却器为转炉干法除尘工艺中关键设备之一,其主要工作过程是喷嘴喷入的雾化水滴在出口全部蒸发完毕,吸收1 000℃左右烟气(由CO、CO2及氧化铁粉等组成)热量,使烟气达到快速降温至200℃的目的.喷雾水滴在高温含尘烟气中的蒸发由多相流动、传热及传质相互耦合的复杂传输过程组成.目前,大多文献[1-5]对单颗粒燃油液滴在高温环境中的蒸发模型、液滴蒸发特性等进行了研究,其中Abramzon和Sirignano[5]的应用“薄膜理论”,即认为液滴蒸发的传热传质过程发生在液滴表面和高温烟气之间的一层气体“薄膜”中,由表示气膜厚度相对变化的无因次量分别表示液滴表面传热、传质阻力,对燃油液滴的蒸发过程进行了研究,对蒸发时间、蒸发速率等参数取得了较为精确的预测.近年,国外学者主要侧重于柴油发动机背景下的燃油液滴蒸...  (本文共5页) 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

镁基水冲压发动机内部燃烧过程与燃烧组织方法研究

超高速鱼雷巡航推进系统的应用需求促进了水冲压发动机技术研究的发展。本文以镁基水冲压发动机为研究对象,采用理论分析、试验研究与数值模拟相结合的方法,对水蒸气中镁颗粒着火与燃烧机理、发动机内部燃烧过程以及燃烧组织方法等问题开展了系统深入的研究。采用高速摄影仪、红外测温仪等光学观测手段,研究了水蒸气中镁颗粒的着火与燃烧特性,获得了其着火与燃烧机理。研究发现:镁颗粒在水蒸气中的着火燃烧过程经历了从表面氧化反应到蒸气相燃烧的过渡;颗粒燃烧表现出与其在空气中燃烧不一样的现象,即燃烧过程中火焰上方出现白色絮状物,燃烧后的氧化镁也呈白色絮状结构;镁颗粒着火前反应由化学反应动力学控制,着火后燃烧由扩散过程控制;测量得到的镁颗粒着火温度处于1150~1200K之间。采用高速摄影仪,观测了水蒸气中镁颗粒燃烧寿命随粒径的变化规律。试验发现:镁颗粒燃烧寿命随着粒径的增大而延长,且粒径越小,其燃烧寿命的变化规律越接近D~2定律。根据观测到的现象,在液滴燃烧...  (本文共177页) 本文目录 | 阅读全文>>

济南大学
济南大学

金属基纳米结构的制备及其强化蒸发传热性能研究

液滴蒸发,作为传热的基本单元,被广泛地应用于生产工艺过程中,如空间站热控制系统、核反应堆安全、涡轮机叶片冷却、热金属铸模表面冷却、低温热泵冷却等,因而研究液滴在热表面上的蒸发行为和传热机理具有重要的科学研究和实际应用价值。液滴蒸发过程中会发生固-液之间的热量传递,然而只有当热表面的温度处于Leidenfrost温度以下时,液滴才能在接触之后维持在接触沸腾区域,从而实现热量的有效传递。材料表面的高温浸润性对Leidenfrost温度有着重要的影响,因此强化液滴蒸发的重要方法之一就是改善传热表面的高温浸润性。材料表面的高温浸润性主要受传热表面粗糙度和化学成分影响。因此本论文以此为切入点,在金属铜和铝表面分别构建具有强化蒸发传热功能的镍纳米锥和氧化铝纳米多孔结构,研究水滴在其结构表面上的高温浸润行为以及纳米结构对高温浸润行为的调控规律,并对该功能表面的传热能力进行了初步评价。该研究对于理解纳米结构与高温浸润性及蒸发传热性能之间的构效关...  (本文共64页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

压气机湿压缩特性及水滴运动研究

作为燃气轮机的部件之一,压气机耗功通常占涡轮膨胀功的1/2至2/3,因此降低压气机压缩耗功对增加燃机输出功的作用明显。湿压缩技术通过向压气机内部喷入细微液滴的蒸发,起到对压缩气流的冷却作用,降低了压缩耗功,提升了燃机的输出功率及热效率。因此,作为改善燃机性能的有效措施之一,湿压缩技术近年来备受关注。本文利用数值方法对压气机湿压缩过程机理进行了一系列研究。具体分为以下几个方面:对湿压缩压气机内部气液两相之间的传热传质过程进行了分析,采用水滴的传热传质模型来考虑湿压缩过程中连续相与离散相之间的双向耦合作用。研究了压气机湿压缩过程中水滴与壁面的相互作用以及气动力二次破碎的影响,建立了水滴撞击壁面模型及气动力二次破碎模型。分别以单级及多级压气机为研究对象,在所建立的水滴撞击壁面模型及气动力二次破碎模型的基础上,利用CFD方法对压气机进气喷雾的性能和叶栅流场进行了研究。在多级压气机湿压缩过程的研究中,讨论了不同喷雾条件下各级之间湿压缩特性...  (本文共151页) 本文目录 | 阅读全文>>