基於去層化效應分析的密度分層演化過程研究

《基於去層化效應分析的密度分層演化過程研究》是依託大連理工大學,由任婧傑擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於去層化效應分析的密度分層演化過程研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任婧傑

項目摘要

密度分層現象普遍存在於液化氣體燃料儲運、太陽能集熱儲能、核能發電等能源利用領域的關鍵設備。其形成後，將對設備的安全和高效運行產生直接影響，對於不同設備，這些影響有的是有利的，有的是不利的。研究密度分層的致因和演變機理，對於在能源生產和利用的關鍵環節中有效地利用或避免密度分層的影響具有重要的科學意義和套用價值。儘管密度分層形成的原因不盡相同，但是究其機理，都是浮力驅動自然對流流動的結果，涉及到熱邊界層浮升流動和主流區慣性流動與補償流動對密度層化和去層化效應的影響及二者的耦合作用機理等科學問題。本項目套用流體動力學和傳熱傳質學原理，採用實驗與數值模擬相結合的方法研究熱/組分浮力對液體介質密度分層的去層化作用機理；揭示密度層化和去層化機制耦合作用下的密度分層演化過程的流體動力學和傳熱傳質學機理；研究密度分層的存在與消失對典型工業裝備的影響規律；提出在具體設備中維持和消除密度分層的方法。

結題摘要

密度分層現象普遍存在於液化氣體燃料儲運、太陽能集熱儲能、核能發電等能源利用領域的關鍵設備。其形成後，將對設備的安全和高效運行產生直接影響，對於不同設備，這些影響有的是有利的，有的是不利的。研究密度分層的致因和演變機理，對於在能源生產和利用的關鍵環節中有效地利用或避免密度分層的影響具有重要的科學意義和套用價值。本項目套用流體動力學和傳熱傳質學原理，通過分析多組分層化系統分層面附近的精細流動特徵，揭示了邊界浮升流和水平往複流耦合去層化機制，結合分層演化過程中局部浮力比的變化規律，提出了分界面穩定性判據，並確定了臨界浮力比與初始層化條件的定量關係；根據不同初始層化條件（低浮力比、中浮力比、高浮力比）提出了三種典型分層翻滾模式（M型、Y型、沙漏型），並揭示了不同翻滾模式下多組分層化系統的流場、溫度場和濃度場的演化規律；針對外界漏熱主導的多組分層化系統分層演化問題，提出了強循環模式和弱循環模式下的無量綱混合時間預測模型，可為工程套用中保持和消除密度分層提供基礎理論依據。