摘要：目的提高表面液滴的自输运速率。方法在表面引入润湿梯度和楔形形状,基于VOF模型(流体体积模型)对表面液滴运动进行数值研究,并建立一种适用于润湿梯度和楔形图案联合的模型,分析润湿梯度和楔形角度对液滴位移的影响。结果润湿梯度越大,液滴受不平衡的表面张力越大,液滴移动速度越快。润湿梯度为15(°)/mm表面上液滴的平均速度比10、5(°)/mm润湿梯度的表面分别快42.3%和130%。楔角越大,加速阶段的液滴移动速度越快,但会越早失去驱动力而停止移动,而楔角越小,液滴移动位移越大。液滴在40°楔角表面最先停止运动,在20°楔角表面位移比30°和40°楔角表面分别远10.3%和32.3%。联合润湿梯度和楔形图案后,15(°)/mm表面上的液滴在20°、30°、40°和20°楔角表面上的液滴在15、10(°)/mm下均能运动到计算模型出口,且15(°)/mm、40°楔角表面液滴的平均速度达到292 mm/s,比单一梯度表面增长37.7%,比单一楔形图案表面(20°)增长175.5%。结论通过调节润湿梯度和楔形角度,可有效控制液滴移动速度。联合润湿梯度和楔形图案的复合梯度楔形表面能同时减小润湿性范围瓶颈和楔形形状制约,提高表面液滴的移动速度和距离。研究结果将有助于设计高效的液滴输运功能表面,并可将其扩展到冷凝装置、微流体装置和药物检测等领域。

摘要：多因素共同作用下的系统优化设计是光伏-热电耦合系统研究的难点之一。本文建立了光伏-热电耦合系统与单一光伏系统的理论模型,以最高耦合效率与相对于单一光伏系统的最大效率差值为优化目标,采用多目标遗传算法,开展了耦合系统优化设计研究。结果表明,最高耦合效率与最大效率差值两个优化目标是负相关的,且其负相关性是由光伏参考效率所导致,需综合考虑系统经济性,确定最高耦合效率和最大效率差值的折中方案,从而获得耦合系统最佳设计。

摘要：目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响。结果 凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面4个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和30.66%。槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约12%。结论 合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散。研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换热器表面结冰、成霜等工业领域有重要的应用意义。

摘要：机载电子设备的散热系统设计对飞行器的长航时安全运行具有重要意义。设计了抗加速度的双切线弧流道,针对流道内的气泡动力学行为,开展了基于VOF多相流模型的数值分析与基于高速相机的可视化研究。仿真分析表明,相比于直流道,双切线弧流道中的气泡在流经弯管时,由于离心力的作用,会破裂成小气泡并被甩到远离加热面的位置,使得气液分离。30°双切线弧流道分离能力最弱,但残留在壁面的气泡最少;60°双切线弧流道分离能力最强,但壁面处气泡不易流动。对45°双切线弧流道进行了可视化实验研究,可视化结果与仿真分析一致。仿真计算表明,当流速为1 m/s时,45°双切线弧流道可以有效抵抗5g的加速度。

摘要：为实现大功率电力设备在自然对流下的有效散热,设计了重力驱动的自然对流-相变耦合散热系统。冷凝板表面安装的翅片增大了系统散热面积。系统内部具有两相回路,通过工质在回路中的相变换热,实现热量的有效传递。通过建立重力驱动自然对流-相变耦合散热系统的流动与传热模型,模拟研究系统内部的两相流动与传热传质过程。模拟结果表明,系统在热量输入后能够迅速启动,充液率为40%且总功率为3600 W时,系统最高温度为350.24 K。可见该系统能够对大功率电力设备进行及时有效地散热。