超临界压力下煤油传热特性试验研究

得到了煤油在超临界压力下流过电加热圆管的传热试验结果．试验结果表明,在试验段壁温升高到拟临界温度后有传热强化现象发生,在极高热负荷下不但没有发生传热恶化,而且会发生第二次传热强化．煤油中加入添加剂能提高烧损热负荷．给出了煤油在超临界压力下的传热关联式,其计算值和试验值吻合良好     

垂直上升光管内临界压力区水的传热特性研究

对垂直上升光管内临界压力区水的传热特性进行了试验研究。根据试验结果,分别在亚临界部分和超临界部分进行了传热机理分析,得到了垂直上升光管对流沸腾传热随压力,质量流速及热负荷变化的复杂关系,总结了发生传热恶化时的条件,预报了恶化趋势,并给出了能用于工程实际的传热试验关联式。试验结果表明：在亚临界部分中,当压力p/pc为0．98时,发生DNB传热恶化最为明显;在超临界部分中,压力越接近临界压力,传热恶化越剧烈。     

方形小通道内高参数下煤油传热与阻力特性

对外边长为4.6 mm的方形小通道光滑管及底部带有不同强化表面的5根粗糙管试件在高热流密度、高流速、超临界压力条件下进行了煤油的传热、阻力、结焦特性的试验与分析研究,获得了煤油的传热、阻力与结焦特性及主要影响因素;分析了方形粗糙表面强化传热机理及不同粗糙度对煤油传热、阻力与结焦特性的影响,并与相同尺寸方光管的试验结果进行了比较.比较结果表明:5根粗糙管的传热系数为光管的1.4～1.9倍,阻力系数为1.3～3.8倍,2#粗糙管的综合效果最好;在相同条件下,粗糙管的平均壁温明显低于光管;增加管壁粗糙度不仅增强了煤油的换热能力,而且可明显提高结焦发生时的壁面热负荷,使结焦现象大为改善.研究结果对火箭发动机的热防护技术具有重要意义.     

小通道内高参数火箭煤油流动传热特性研究

为探究火箭煤油在实际工程应用中的流动传热特性,在直径为2 mm、壁厚为0.5 mm的水平圆形小通道内进行了实验研究,实验参数为压力25 MPa、热流密度2～35 MW·m~(-2)、质量流速8 000～48 000 kg·m~(-2)·s~(-1)。根据实验结果,讨论了质量流速、工质入口温度和热流密度对火箭煤油流动传热特性的影响,拟合得到了高参数火箭煤油的对流传热关联式,并引入概率密度函数(PDF)来减缓超临界煤油热物性随温度的剧烈变化。结果表明:超临界压力下煤油传热类似单相液体强制对流传热,传热系数沿流向递增;质量流速、入口油温和热流密度的增大均可带来传热强化。低雷诺数下,质量流速越大,入口油温越低,流阻越大;雷诺数大于10~5时,摩擦阻力系数主要取决于管壁相对粗糙度,与雷诺数无关。新的拟合传热式考虑了各物性参数的影响,可将平均预测偏差降至7.3%;同时,基于PDF的传热模型可以平滑拐点温度附近热物性的不连续快速变化,在388～430℃的范围内有效降低预测误差。     

内螺纹管临界压力区内水的传热特性研究

对垂直上升的内螺纹管临界压力区内水的传热特性进行了试验研究,根据试验结果,分别在亚临界部分和超临界部分进行了传热机理分析,得到了垂直上升内螺纹管对流沸腾传热随压力、质量流速及热负荷变化的复杂关系,总结了发生传热恶化时的条件,给出了恶化趋势预报,并给出了能用于工程实际的传热试验关联式,结果表明：虽然在临界压力区内内螺纹管改善传热的特性有所减弱,CHF情况有时在过冷区就发生,但是与光管相比,内螺纹管在临界压力区内仍然能够很好地改善传热,降低壁温。     

超临界流体传热特性研究综述

 超临界状态下流体状态介于液态和气态之间,其扩散性更接近气体,密度依然为液体量级,这种特殊的性质导致超临界压力下流体流动换热特性与亚临界压力下有很大不同.本文以超临界压力条件下水、二氧化碳和碳氢燃料为研究对象,综合分析了超临界流体在管内的换热规律,系统总结了浮升力、热流密度、质量流速、压力、进口温度、流道形状等因素对流动换热特性的影响.其中,浮升力、热流密度和质量流速影响作用较大,在较高热流密度条件下,浮升力会导致传热恶化发生;在较低热流密度下,流体临界点附近会发生传热强化;质量流速增加能够使管内换热效果显著增强.传热强化和传热恶化现象的发生与临界点附近流体物性的剧烈变化密切相关.     

小通道内碳氢化合物极限热流密度实验研究

针对新一代发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的传热问题,对超临界压力下碳氢化合物的传热特性进行了实验研究。利用主流温度、内壁温度、传热系数等划分指标,量化了正常传热、传热强化、传热弱化3个阶段的区间划分;定义超临界压力下发生传热弱化时对应的热流密度为极限热流密度,对其影响因素进行研究,发现压力越高、质量流量越大、加热入口温度越低,极限热流密度越高;采用拟沸腾数对极限热流密度进行表征,并发现拟沸腾数与入口温度和压力相关,与雷诺数弱相关;基于实验数据,采用量纲分析方法得到综合影响因素下极限热流密度的预测公式,数据预测偏差在±10%以内。该研究结果可用于预测传热弱化现象的发生,为飞行器换热结构设计提供理论依据,进而保证飞行器整体的安全运行。     

螺旋管蒸汽发生器的瞬态流动与传热特性

针对快速和安全启动的要求 ,实验研究了螺旋管蒸汽发生器在同步启动过程中的流动和传热特性 ,并分析了各种参数对启动安全和启动时间的影响 .螺旋管的管圈直径和管道直径分别为2 5 6mm和 0 0 11mm .启动的参数范围是 :最大加热流密度 6 0 0kW /m2 ,最大质量流速 12 0 0kg/(m2 ·s) ,最大实验压力 3 0MPa .由实验得到了启动过程的单相湍流、沸腾传热规律 ,以及瞬态临界热负荷 .瞬态单相湍流传热和临界热负荷的规律与稳态的有明显不同 .瞬态湍流传热特性符合直管的Dittus Boelter公式 ,瞬态临界热负荷远远低于稳态的值 ,瞬态沸腾传热与稳态条件下的相同     

微圆管内非共沸混合工质流动沸腾传热强化

分别进行了R32/R134a在水平微圆管、细圆管和小尺寸常规管道内的流动沸腾传热试验.在定义微圆管传热强化系数Ec(相对于细圆管和小尺寸常规管道的传热强化系数分别用Ecm和Ecs表示)的基础上,从不同强化管内流动沸腾传热机理的角度分析了Ecm和Ecs在不同试验工况下的变化规律及其与传热机理的关系.结果表明,试验工况范围内Ecm和Ecs分别在1.01～2.33和1.03～3.54之间变化.绝大部分试验工况下Ecm的值较小且变化很小,Ecs则较大且有明显变化;高热通量和高质量干度下Ecm和Ecs的值都较大.微圆管内流动沸腾传热强化效果与传热机理及其转变区域密切相关,当微圆管内传热开始出现恶化和较高热通量下微圆管内核态沸腾传热占绝对主导地位时,微圆管传热强化效果明显.     

低流阻火箭煤油的超临界压力流动与换热特性

为探索超临界压力下减阻剂对高温火箭煤油的减阻效果,在压力为15 MPa、质量流速为17 000～50 000kg·m-2·s-1(对应常温流速约20～60m·s-1)、流体温度从常温至360℃和热流密度为2.5～30MW·m-2的试验条件下,对火箭煤油和添加减阻剂的低流阻火箭煤油在直径2mm×0.5mm的高温合金钢管内的流动与换热特性进行了研究。研究发现:在本文研究条件下,煤油传热机理为超临界压力单相类液态强制对流换热;减阻剂对火箭煤油的减阻效果明显,减阻率最高可达60%;随着流体温度升高,雷诺数增大,减阻剂的减阻效果降低,减阻率最低下降至约20%;添加减阻剂后,煤油传热性能显著弱化,但高雷诺数下减阻煤油的换热性能基本维持不变,减阻煤油与火箭煤油的努塞尔数之比约为0.5;雷诺数小于63 000时减阻效果大于传热弱化效果,大于63 000时结果相反。     

倾斜上升光管上母线处超临界压力水传热关联式的建立

为发展精度高、对不同倾角条件通用性强的倾斜上升光管内上母线处超临界压力水传热关联式,收集、整理了公开文献中非传热恶化工况条件下相关实验数据和传热关联式,并对现有关联式预测性能进行了分析和定量评价,发现现有关联式对倾斜上升光管内上母线处超临界压力水的换热系数的预测误差较大,且通用性差。考虑到物性变化以及光管与水平方向夹角对倾斜光管内超临界压力水传热的影响,建立了新的传热关联式。结果表明,新传热关联式预测误差较小,平均相对误差、平均相对绝对误差、标准偏差分别为0.88%、12.80%、16.68%,落在±30%误差带内的数据百分比为90.06%,其对不同倾斜角度的光管的通用性强,能够用来预测倾斜上升光管内上母线处超临界压力水在非传热恶化工况条件下的换热系数,对超(超)临界锅炉设计和安全运行具有重要的工程实际意义。     

井筒内超临界多元热流体注入过程的数值模拟

在稠油热采过程中,提高注入工质的流动参数可显著增加采收率。为评价超临界多元热流体注入井筒后的流动传热特性,建立了相应的计算模型,得到了井底温度、压力与沿程热损失随注入流量、井口温度及井口压力的变化规律,并与注入超临界蒸汽情况下的流动传热规律进行了比较。结果表明,井底参数与注入流量呈单调关系;井底压力与井口温度、压力亦呈单调关系;而其他井口、井底参数的组合呈现出复杂关系。相同井口压力条件下,为使井底参数达到超临界状态,超临界多元热流体的井口温度和注入量高于注入超临界蒸汽的情况。适当选取较低的井口压力,可以减少热损失,提高经济性。所得结果可为注入工质参数的选取提供参考,进而为海洋稠油开发中的能源与动力保障的研究及设计明确需求。     

微槽表面对临界热负荷强化作用的实验与理…

研究了微型板表面流动沸腾临界热负荷，考察了微型槽结构对临界热负荷及过渡沸腾的强化作用的影响，提出了分析表面微型槽强化机理的物理模型，从理论上预示其强化效果，理论和实验结果极好地一致，并证实微量槽结构可明显提高加热平板的临界负荷，强化过渡沸腾传热。     

超临界水在垂直上升圆管中传热的数值分析

利用FLUENT对超临界水在垂直上升圆管内的传热特性进行了CFD研究,计算结果与Yamagata试验结果进行了对比.采用5种不同湍流模型对同一工况进行计算,结果表明RNG k-ε湍流模型所得到的计算结果与试验结果更为接近.在RNG k-ε湍流模型中比较了不同的y+下的计算结果,结果表明当y+≤1时计算结果与试验结果符合较好,y+=0.1时二者相符最好,最大偏差约为13%.最后选用RNG k-ε湍流模型并取y+=0.1计算了不同的热流密度下的传热特性,结果表明在大比热区低热负荷时传热会得到强化,而随着热负荷的增加,传热强化的效果会被减弱直到出现传热恶化现象.     

超临界甲烷在竖直圆管内加热的数值模拟

在超临界压力下甲烷的相变现象消失,并且物性变化非常剧烈,换热过程变得相当复杂.通过数值模拟软件FLUENT导入制冷剂物性软件REFPROP中超临界甲烷的材料模型,在准确反映超临界甲烷的热力性能和传输物性变化的情况下,采用数值模拟的方法对竖直加热圆管内超临界压力下甲烷的传热特性进行了研究.在分析不同工况下超临界甲烷换热情况的基础上,重点研究了浮升力对换热的影响,并得出了适用于甲烷的浮升力影响判别标准.结果表明:换热系数随着压力的减小而增加;当流体平均温度接近临界温度,壁面温度大于临界温度时有利于换热;在高热流密度,低质量流量的条件下容易造成传热恶化;浮升力改变了径向速度分布曲线,抑制了湍动能的产生,削弱了换热.     

高压汽水两相流内螺纹管壁温与临界热负荷特性的研究

阐述了在西安交通大学高压汽水两相流试验回路上进行的垂直上升内螺纹管内汽水两相流传热特性的试验研究，试验管采用２８ｍｍ×６ｍｍ的内螺纹管，试验管材料为：１２Ｃｒ１ＭｏＶ，试验参数为压力ｐ＝１３．０～２２．０ＭＰａ，内壁热负荷ｑ＝２００～８００ｋＷ／ｍ２，质量流速Ｇ＝２４００～１８００ｋｇ／（ｍ２·ｓ）．试验确定了在上述参数范围内的壁温变化特性，得出了发生传热恶化的临界热负荷和界限质量流速。文中结论对采用内螺纹管的电站锅炉水冷壁的设计具有重要的实用价值。     

150～170K乙烯环路热管实验研究

为满足光学系统的热控要求,对拟采用的环路热管(LHP)进行了包括不同安装姿态下的启动、热响应和稳态传热特性在内的实验研究,以乙烯为工质,采用孔径为30～50mm的铜粉烧结毛细芯.三种姿态分别为:整体水平(姿态A),蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持蒸发器在补偿器上方(姿态B),以及蒸发器和补偿器与水平面倾斜45°且保持补偿器在蒸发器之上(姿态C).研究结果表明:LHP在三种姿态下均可在无次环路辅助的条件下实现超临界启动,但在姿态C下为逆向启动;姿态C下的LHP热响应速度快于姿态A和B;姿态C下LHP为逆向运行且温度出现反复波动,波动的幅度随热负荷变大而减小;姿态A和B下的LHP能正常运行,虽然传热温差随热负荷变化趋势不同,但是在10 W和20 W热负荷下运行的传热温差均小于15 K,能够满足应用需求.     

超临界压力下低温甲烷传热特性数值研究

对16 mm内径的光滑圆管内超临界压力下低温甲烷的流动与传热进行数值研究,系统地模拟热流密度为100～400 kW/m~2工况下不同流动方向的传热,分析传热强化和恶化过程中流体温度、速度和物性分布。结果表明:热流密度越大,传热强化发生的越早、峰值越高、恶化越迅速,而在较低热流密度下则不发生传热强化和恶化行为;水平流动中管顶、底的换热系数在强化段存在差异,而竖直向上流动中换热系数的分布具有对称性;边界层内的大质量热容和密度差产生的浮升力是传热强化的主要原因,边界层内的低质量热容和轴向上的热加速效应是传热恶化的主要原因。     

水平小圆管内超临界二氧化碳对流传热特性的试验研究

本文试验研究了超临界压力二氧化碳在水平小圆管内的对流传热特性。采用内径2mm的不锈钢圆管作为试验段,利用电加热方式提供均匀加热热流。试验压力p取7.6、8.2、8.9 MPa,质量流速G取700、1 100、1 400kg/(m~2·s),热流密度q取0~360kW/m~2,流体温度Tb取17~81℃。获取了超临界二氧化碳传热壁温分布及传热系数的规律,讨论了质量流速和压力对传热过程的影响。结果表明,在流体温度达到拟临界值之前,存在一个传热强化区,且当液膜温度达到拟临界温度时,传热系数处于峰值区。对比了若干超临界流体传热关联式,其中Li公式较适合于本文工况下的传热计算。     

超临界压力下水在垂直加热管内传热特性的实验研究

采用均匀全周电加热方法，对内径为12mm的垂直上升管内水在超临界压力区中的传热特性进行了实验研究．分析了质量流速、热流密度以及压力对传热特性的影响，发现由于超临界压力下边界层内流体物性的剧烈变化，使拟临界温度附近的传热得到显著强化，传热强化的程度随质量流速的增加而提高，随壁面热流密度和压力的增大而降低．根据实验数据，给出了超临界压力下水在垂直加热管内对流换热的经验关联式，其平均相对误差为11．8％．