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。     

跨临界变压运行中水冷壁动态特性的实验研究

针对超临界直流锅炉水冷壁系统在跨临界变压运行过程中的特殊流动与传热现象,在压力为19～25MPa、质量流速为300～800kg/(m~2·s)、外壁热流密度为60～250kW/m~2的工况范围内,对垂直上升受热管道内超临界水在跨临界动态过程中的流动与传热特性开展了实验研究。结果表明:在从超临界压力阶跃降低至亚临界压力的动态过程中,受热管内流体极其容易发生壁温飞升现象,该现象由近临界区流体发生的膜态沸腾(又称DNB传热恶化)引起。在近临界压力区,随着压力的升高并逐渐靠近临界压力,发生DNB传热恶化时的起始局部流体焓值会大幅度降低,而且恶化程度逐渐增强,本实验大多数工况甚至在过冷区就开始发生传热恶化现象,严重威胁锅炉水冷壁系统的安全运行。基于本文实验结果和对锅炉水冷壁系统运行的分析认为,当管内的局部流体焓值高于1 600kJ/kg时,水冷壁系统在跨临界动态过程中极有可能出现DNB传热恶化现象。本文实验结果可为超临界锅炉水冷壁系统跨临界变压运行期间的工况设计和调节提供指导。     

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。     

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.     

超临界压力下煤油传热特征试验研究

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,在试验段壁温和蔼同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亚化,而且会发生第二次传热强化,煤油中加入添加剂提高损热负荷,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。     

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     

超临界压力CO_2竖直管内传热恶化抑制实验

为抑制浮升力导致的超临界压力流体传热恶化,该文采用光管内插螺旋结构,增强管内湍流发展,提高流体管内换热性能。对超临界压力CO_2在竖直光管、内插螺旋管内对流换热进行了实验研究,比较了热流密度、进口Re、流动方向等因素对换热的影响,讨论了内插螺旋结构对传热恶化现象的抑制作用。研究结果表明:由于浮升力传热恶化作用,流体在光管内向上流动壁温分布呈非线性变化趋势,壁温峰值区域随热流密度升高逐渐向入口区域移动;光管内插入螺旋结构可以有效抑制由浮升力产生的传热恶化作用,显著提高超临界压力CO_2管内对流换热强度,内插螺旋结构管相对于光管可以提高对流换热系数约200%以上;超临界压力CO_2在内插螺旋结构管内流动与换热时,在热流密度较高情况下,浮升力依然会对换热起到一定的恶化作用,流体向下流动时沿程对流换热系数略高于向上流动。     

低质量流速光管内超超临界水传热特性的实验与数值模拟

为了研究超超临界循环流化床锅炉水冷壁和超临界水冷堆堆芯子通道中工质水的流动传热规律和机理,在压力为21~32 MPa、质量流速为410~760kg·m-2·s-1、热流密度为150~430kW·m-2的参数范围内,对Φ30mm×5.5mm垂直上升光管中超超临界水的传热特性进行了无量纲参数分析和数值模拟研究。根据实验结果,讨论了比热容比、浮升力以及热加速效应对超超临界水传热的影响。结果表明,这些无量纲参数与换热系数不存在很强的单值性关系,当采用这些参数预测超临界流体传热时需要补充其他相关参数。数值模拟采用SSTk-ω模型,模拟结果与实验数据吻合度较高,证明了该模型具有较强的适用性,并且分析了超临界流体发生传热强化和传热恶化的物理机理,证实了边界层内的大比热容工质份额和浮升力作用分别是导致传热强化和传热恶化的主要原因之一。     

亚临界直流锅炉用鳍片管的传热特性试验

本文报导了我国30万瓩和60万瓩机组的亚临界直流锅炉所采用的内螺纹管在传热特性试验台上的试验结果。试验条件为:压力:175～200绝对大气压,重量流速:470～2000公斤/米~2·秒,热负荷:(300～465)×10~3仟卡/米~2·时。同时还报道了鳍片光管在压力为185绝对大气压条件下的传热特性作为对比。通过对试验结果的分析比较,可以得出以下结论:在实际燃烧室工作可能遇到的蒸汽干度大于0.3,外壁热负荷大于300×10~3仟卡/米~2·时的条件下,采用鳍片光管是不能保证安全的;而采用内螺纹管则可将出现传热恶化的蒸汽干度从光管的0.3推迟到0.75～0.8,使燃烧室高热负荷区不发生传热恶化而保证锅炉工作的安全。     

螺旋管内高压汽水两相流传热恶化规律的研究

报导了在西安交通大学高压汽水实验回路上进行的垂直螺旋管内汽水两相流传热试验研究，试验得出了沿螺旋管长度方向及圆周方向的壁温分布特性，由此确定了发生传热恶化的临界干度及其位置，在试验数据的基础上，得到了计算临界干度的经验公式，为螺旋管圈换热设备的设计提供了必要的依据。     

多孔介质中超临界压力CO2对流换热的实验研究

对超临界压力下CO2在颗粒直径为0．2～0．28mm的竖直烧结多孔介质圆管中的对流换热进行了实验研究．对热流密度、质量流量、入口压力及流动方向对对流换热规律的影响进行了研究，结果发现：准临界点附近CO2强烈的物性参数变化，尤其是定压比热的变化对对流换热的影响很大；对流换热系数随着流体局部平均温度的升高在准临界点附近达到最大；随着热流密度的增加，对流换热系数出现先增大后减小的趋势；质量流量越大，对流换热越强；流动方向对对流换热的影响不大；随着压力靠近临界压力，CO2的物性参数变化越来越剧烈，对流换热系数在准临界点附近也越来越大，但随着流体温度远离准临界点，压力对对流换热的影响逐渐减小．     

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.     

纳米流体在回路型重力热管中的沸腾传热特性

对回路型重力热管蒸发段中氧化铜-水纳米流体的沸腾传热特性进行了试验,分别讨论了纳米颗粒的质量分数wCuO,工作压力p等参数对沸腾换热系数和临界热流密度的影响.结果表明：母液中添加适当浓度的纳米颗粒可以同时强化沸腾换热系数和临界热流密度;工作压力对沸腾换热系数有显著影响,而对临界热流密度的影响十分微弱;热管蒸发段的临界热流密度随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后保持稳定;而沸腾换热系数也随wCuO的增加而增加,在wCuO>1.0%后反而逐渐降低.临界热流密度强化机理主要来自于纳米颗粒在加热表面形成的吸附层;而沸腾换热系数强化与吸附层和纳米流体自身物性变化均有关系.     

喷雾冷却高热流密度散热传热特性研究

 针对喷雾冷却的高热流散热方式,设计和构建封闭循环实验装置。通过热电偶计算得到发热面的热流密度。通过激光多普勒测速仪(PDA)测量喷嘴的液雾分布、粒径和尺寸。基于气泡动力学与传热学,建立喷雾冷传热特性的理论模型。数值模拟的计算结果显示出喷雾高度对喷雾冷却曲线的影响：随着喷雾高度的增大,喷雾冷却的换热能力升高,与实验结果的变化趋势相同。同样采用数值的方法,给出不同喷雾张角、不同喷雾压力和不同喷雾高度下的换热系数,对喷雾冷却的传热特性进行分析。研究表明,两相区内的喷雾冷却换热能力得到了显著的增强,喷雾冷却存在最佳喷雾高度。     

微槽板内的对流换热和流动特性

在单相强迫对流情况下,对刻有水力直径为0.133mm～0.367mm微矩形槽的微槽结构进行了换热和流动特性实验研究。研究发现,层流换热受槽道高宽比、水力直径与槽间距比值影响,而紊流换热则与水力直径、槽间距和无量纲参数Z有关,对紊流换热而言Z=0.5是最佳参数.实验表明Z对流动阻力因子亦有很大影响,层流情况下当Z为0.5时,摩擦因子或流动阻力都可达最小值;紊流流动阻力比经典理论预示值小,流动向充分发展紊流过渡的临界Re数也比常规值小。文中给出了计算换热和阻力降的经验公式。     

基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT中对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到换热器壳程流体温度场、速度场和压力场;分析了折流板间距及弦高对换热效率和壳程流体压降的影响,对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

高压涡轮叶尖压力侧开槽对气动换热特性的影响

带凹槽涡轮叶尖相比平叶尖会有更低的气动损失,然而在腔底的前半部分区域存在着高换热系数区。为了解决这一问题,通过研究凹槽叶尖压力侧设计槽结构对涡轮气热性能的影响,结合实验和数值模拟结果,结果表明具有压力侧槽结构的凹槽叶尖相比于没有槽结构的凹槽叶尖,高换热区面积减小,气动效率提升。同时,研究不同大小的槽对气热性能影响,结果表明通过槽进入腔内的气流量会大幅影响叶顶间隙和腔内的流场,叶尖区域换热及气动性能随着槽的大小的改变而不同。     

微通道内纳米流体换热与压降特性

为研究微通道换热和压降特性的影响因素,在当量直径分别为0.923 1,1.333 3和2.000 0 mm的矩形微通道内,以0.1%和0.5%(体积分数)的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,进行无相变以及沸腾传热与流阻特性实验研究,分析雷诺数对努塞尔数和单相流动压降的影响。研究结果表明:增加纳米粒子体积分数对摩擦压降影响较小,而努塞尔数则得到较大提高;在2.0 mm宽槽道内,纳米流体的换热系数比水的换热系数高18%;而0.6 mm宽槽道的换热系数比2.0 mm宽槽道的换热系数提高了近2倍;随着槽道尺寸的减少,摩擦压降显著增大;当雷诺数为800时,0.6 mm和1.0 mm宽槽道摩擦压降分别是2.0 mm宽槽道摩擦压降的23.3倍和4.4倍;热流密度和质量流量增大都将导致摩擦压降增大。