水平管内工质R152a的流动沸腾传热特性研究

采用直流电源加热不锈钢管的方式,设置热流密度为31～73 kW/m²,质量流速为248～460 kg/(m²·s),研究工质R152a于高蒸发温度为60～80℃时在水平管内的流动沸腾传热特性,并将实验结果与文献报道的3个传热关联式的预测值进行比较。结果表明：工质R152a的流动沸腾传热系数随着蒸发温度的升高而减小,随着干度的变化呈现先减小后增大再减小的趋势,质量流速的变化对流动沸腾传热系数的影响较小;3个传热关联式的预测值与实验值的平均绝对偏差均偏大。     

高炉冲渣水有机朗肯循环波纹板式冷凝器传热特性

针对90 ℃左右的高炉冲渣水有机朗肯循环（ORC）发电系统,建立了R245fa在波纹板式冷凝器中的冷凝传热数值模型,并验证了模型的正确性。借助冷凝传热数值模型,探讨了蒸汽过热度、壁面过冷度、蒸汽干度对传热系数、压降和综合传热性能的影响,拟合了适用于以R245fa为工质的ORC发电系统中波纹板式冷凝器的传热关联式。针对冷凝器冷凝液相体积分数沿板长方向的变化情况,探讨了冷凝器中间排液的可能性,并就液相体积分数给出了合适的中间排液范围。     

大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究

为了实现工业中大量不凝性气体存在场合下蒸气的高效冷凝传热,建立了混合蒸气水平管束外对流冷凝传热实验系统,通过化学刻蚀与自组装方法对光管管束、2D肋管管束和3D肋管管束进行疏水与超疏水表面改性处理。当大量不凝性气体存在时,对不同润湿性管束表面的冷凝形式及管束间冷凝液流型进行可视化观测。实验研究了冷却水流速、混合蒸气流速、水蒸气体积分数等因素对不同润湿性的冷凝式换热器对流冷凝传热系数的影响,并分析不同水蒸气体积分数条件下管束效应的影响。通过实验研究发现,当大量不凝性气体存在时,冷凝液在管束间形成滴状流,水蒸气体积分数对不同润湿性的冷凝式换热器的对流冷凝传热特性影响显著,随着管排数增加,对流冷凝传热系数增大,管束效应对超疏水光管管束的强化作用最大,当水蒸气的体积分数约为11%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.53倍,而当水蒸气体积分数约为23%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.34倍。     

管式换热器在混合气体余热回收中的传热优化

为了研究高温混合气体在管式换热器中的传热特性,基于k-ε湍流模型、传热理论和Maxwell-Stefan扩散理论建立三维稳态数值模型,分析物质扩散条件对换热器温度场分布的影响。对换热器进行参数化分析,如冷热流体入口温度、速度,并从?的角度探究换热器的热传递效率。研究发现,物质扩散改变了混合气体中各组分的分布,使在传热中占主导地位的氢气发生回流扩散,反复换热,消耗高温流体热量,降低了换热器的传热性能,与未考虑物质扩散因素相比,等效传热系数从16.564 W/(m~2·K)降为15.955 W/(m~2·K),且在一定的工况参数范围内,换热器的效率在10%～30%之间,冷却效果明显。     

不锈钢纵槽管降膜蒸发传热性能

降膜蒸发是一种高效传热方式。以水为实验工质,对不锈钢纵槽管降膜蒸发传热性能进行了实验研究。在热通量q=13.2~56.52 kW/m~2,液体周边进料流量Γ=0.419~1.112 kg/(m·s),传热温差ΔT=2.02~9.87℃下测量纵槽管传热系数;并与相同操作条件下的光管传热系数进行比较。结果表明:纵槽管强化传热效果在一定范围内随着管内雷诺数增大而增大;在热通量相同时,纵槽管的传热温差仅为光管的51%;纵槽管管外冷凝传热系数为光管的2.07倍,总传热系数为光管的1.73倍,强化效果显著。     

颗粒接触特性对煅烧石油焦换热器传热性能的影响

为了探究煅烧石油焦颗粒间接触特性对换热器传热性能的影响,构建了换热器非稳态传热模型,研究了颗粒间接触(接触面积系数)变化对换热器传热性能的影响规律。结果表明:随着接触面积系数的增加,颗粒间接触越好,导热能力越强,颗粒层平均温度降低速率、蓄热量减少速率明显加快,固相平均传热贡献度、壁面综合传热系数和放热率增加,有效换热时间下降,当接触面积系数由0. 03增加到0. 07时,固相平均传热贡献度由83. 4%上升到90. 5%,壁面综合传热系数由12. 7 W/(m2·K)增加到27. 1 W/(m2·K),放热率从83. 79%增加到98. 2%,有效换热时间从8. 02 h减小到5. 07 h。     

蒸汽直接喷射冷凝过程中两相流特性的数值研究

为了获得泄压系统中蒸汽直接喷射冷凝过程两相流特征的变化规律,采用数值模拟方法,结合VOF两相流模型和冷凝相变模型,通过控制变量的方式研究了过冷水温和蒸汽入口压力对蒸汽喷射直接接触冷凝过程的影响,分析了不同工况下的冷凝两相流场特征。结果表明:过冷水温和蒸汽入口压力均对喷射水箱中的蒸汽羽流特征具有显著影响,更高的过冷水温和入口压力均会导致更大的蒸汽羽流长度和影响区域;当过冷水温较低时,沿喷射轴线方向上蒸汽温度逐渐减小,而在过冷水温较高时,蒸汽温度先增加然后快速降低,这是因为来不及冷凝的蒸汽滞止在两相混合区之前;随着蒸汽入口压力的降低,纯蒸汽区越短,且两相混合区的蒸汽体积分数下降速度越快。     

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。     

冷凝换热表面超疏水复合涂层的制备及性能

针对目前促成滴状冷凝换热的超疏水表面造价昂贵、热导率低和综合性能差等问题,以可溶性聚四氟乙烯、改性石墨烯(C)、气相二氧化硅等为原料,通过共混法在不锈钢基材上制备了用于冷凝传热表面的高导热超疏水复合涂层,并对其耐腐蚀能力、导热系数、强度和蒸汽冷凝传热性能进行测试分析。结果表明,涂层的耐酸腐蚀性能、导热性能强于304不锈钢,当含3%的C时,导热系数为18.188W·(m·K)^-1,在20%硫酸浓度恒温30℃条件下腐蚀速率为0.201mg·(cm²·h)^-1,和基材结合强度达38MPa。SEM分析表明,涂层疏水性能与气相二氧化硅含量有关,且质量分数为10%时接触角达155°。冷凝实验表明常压蒸汽在涂层表面冷凝时传热系数达120k W·(m²·K)^-1,大于不锈钢表面近10倍,并得出其滴状冷凝不持久的原因。     

含不凝气体水蒸气竖直管内冷凝传质传热研究

针对竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传质传热过程开展研究.基于ANSYS Fluent软件平台建立了多相多组分三维数值计算模型，通过将管内中心轴线和壁面上多点温度分布与Kuhn试验结果进行对比，验证了模型的可靠性.在此基础上，考察了混合气体进口温度、速度、压力以及不凝气体体积分数对管内冷凝传热过程的影响规律，并基于不凝气体体积分数修正，提出了竖直管内含不凝气体水蒸气冷凝传热关联式，关联式误差范围为-20%～18%;同时，探究了不凝气体对水蒸气冷凝传质过程的影响规律，发现冷凝水率和平均传质速率随不凝气体体积分数的增大呈现先增大后减小的趋势，少量不凝气体具有促进水蒸气冷凝的作用，不凝气体体积分数为23.2%左右时，冷凝水率和平均传质速率最高.研究结果可为含不凝气体水蒸气的传热关联式和传质模拟研究提供参考.     

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。     

多空间被动式太阳能采暖建筑热工设计

结合拉萨地区气象数据和民居建筑模型,建立多空间太阳能建筑热平衡方程,分析内外墙体传热系数对室内热环境的影响规律,提出了多空间太阳能建筑墙体热工设计方法。结果表明,该方法能够在保证辅助房间温度处于舒适区间的同时,将室内有限的热能尽可能多地分配到主要房间,达到持续提高主要房间温度,兼顾辅助房间温度的目的。当主要房间温度需要达到某一值时,可利用拟合出的函数表达式计算出其相对应的内外墙传热系数。以本文模式c为例,当起居室室内温度设定为14℃,厨房温度为8℃时,其对应的外墙传热系数为0.33 W/(m~2·K),内墙传热系数为1.25 W/(m~2·K),该方法可为被动式太阳能采暖乡村建筑的墙体热工设计提供一定的借鉴。     

含高分压不凝气体的蒸汽在分离式热管内凝结换热

设计建立了一套以水为工质的分离式热管系统实验台,系统冷凝端采用水冷套管式换热器.在此实验台基础上研究了不抽真空、有大量不凝性气体存在于分离式热管的凝结放热问题,测定了在不同的入口蒸汽温度、循环蒸汽流量、冷却水进口温度及流量条件下混合气体在圆管内凝结换热的情况,分析了这些参数对换热过程的影响.同时,还对套管内含高分压不凝性气体——空气——的水蒸汽凝结换热物理模型进行了研究,并建立了相应的数学模型.模型中除了质量守恒、动量守恒、能量守恒和界面控制方程外,还增加了流动扩散和凝结控制方程.模型结果显示蒸汽放热量与实验测定值基本吻合,偏差在8%～15%之间.     

粮食烘干机管壳式换热器传热仿真与性能分析

为提高粮食烘干过程中的能量利用率，建立基于薄层传热规律的管壳式换热器的仿真模型，以研究管程和壳程出口温度随入口参数的变化规律。烟气通过管程进入换热器，由于折流板的阻挡作用，在管程内呈现S形流动，流速和温度变化均匀，有利于传热。烟气的出口温度随着烟气的入口流速增大而升高，随空气入口流速的增大而降低；空气的出口温度随着空气入口流速的增大而降低，随烟气入口流速的增大而升高；传热系数随着烟气和空气入口流速的增大而增大。为适应不同种类谷物的烘干需求，建立了空气出口平均温度随入口参数变化的幂指数回归预测方程，该方程可以用于预测烘干机换热器的输出温度或指导换热器的设计。     

安注过程蒸汽直接接触冷凝的数值模拟

压水反应堆发生失水事故（LOCA）时，应急堆芯冷却系统（ECCS）将过冷的安注水注入到冷管段中，安注水与管道中的蒸汽发生直接接触冷凝，导致温度波动及压力振荡。选用流体体积分数模型、大涡湍流模型和双阻力冷凝模型，在FLUENT平台上对饱和蒸汽与安注水直接接触冷凝过程进行数值模拟，获得直接接触冷凝过程中温度场和压力场的变化情况。结果表明，冷凝主要发生在汽液界面附近，主管内蒸汽流量的增加能够阻止安注水回流现象发生。     

粒径对煅烧石油焦颗粒与换热器一次换热的影响

针对煅烧石油焦与换热器的一次换热过程,构建了菱面体堆积条件下的非稳态传热模型,系统研究了粒径变化对一次换热过程的影响规律。研究结果表明:随着换热时间的增加,颗粒堆的温度和比焓均呈现先快后慢的下降趋势。随着粒径的增加,壁面综合换热系数和放热率增加,有效换热时间减小。当粒径由1.77 mm增至14.6 mm,壁面综合换热系数由1.81 W/(m~2·K)增至16.41 W/(m~2·K),放热率从39.58%增至85.24%,有效换热时间从1 282 min降至218 min。     

矩形双通道饱和沸腾传热特性试验研究

针对船舰核反应堆内板式燃料狭窄通道间高温高压条件下沸腾传热问题,通过试验的方法对并联窄矩形通道内去离子水上升流动沸腾传热和流量分配规律展开了研究。设计了板式燃料电加热模拟体,制作了适用于高参数下的并联矩形窄缝通道流通结构,解决了高温高压下试验段密封、绝缘和热膨胀等问题。试验段本体为宽高比39.4的并联矩形通道,试验工况为入口压力2.1～10 MPa、入口温度80～299℃、质量流速1 000～1 500 kg/(m~2·s)、热流密度100～300 kW/m~2。结果表明:2毫米级窄缝矩形通道内单相传热特性与常规圆形通道内传热规律无明显差异;通道内工质沸腾后,热流密度成为沸腾传热主导因素,质量流速对换热特性影响减弱;从壁温、质量流速、热流密度和压力分析双通道传热特性差异,发现相同工况条件下双通道相同位置传热系数偏差不超过±7%,从传热角度看两个并联矩形通道流量分配趋于均匀;将试验数据与5个现存沸腾传热关联式进行了对比,并以Kim公式为基础对关联式进行了改进,拟合得到一个新关联式,改进后的关联式与试验数据吻合良好,分别有77.1%、96.4%的预测值与试验值偏差在±10%、±20%范围内。     

以能耗为导向的近零能耗建筑围护结构设计参数敏感性分析

目的确定近零能耗建筑围护结构设计关键参数对能耗的影响程度、优化范围,以便于设计师在方案阶段进行建筑性能化设计,实现更好的节能效益.方法以沈阳建筑大学近零能耗居住建筑示范中心为例,建立严寒地区近零能耗居住建筑模型;以能耗值为约束目标,通过节能率及敏感性分析方法两方面对外墙传热系数、屋面传热系数、外窗传热系数及南向窗墙比等4个关键参数进行评价.结果建筑年供暖需求能耗为17. 42 kW·h/(m~2·a)、建筑全年总能耗为53. 93 k W·h/(m~2·a),设计参数对能耗的影响程度从大到小依次是窗墙比(供冷能耗),外窗传热系数,外墙传热系数,窗墙比(供热能耗),屋面传热系数.结论近零能耗建筑关键设计参数的取值应该综合考虑当地气候及技术经济条件,采用以建筑能耗值为控制目标的性能化设计方法.     

微细通道内表面活性剂对Al2O3/R141b流动沸腾传热的影响

为了探究微细通道内表面活性剂对纳米流体制冷剂Al_2O_3/R141b流动沸腾传热的影响,采用二步法制备了添加0.2%(质量分数,余同)SDBS、0.3%SDBS、0.3%CTAB、0.4%CTAB、0.1%Span80、0.2%Span80的改性纳米流体制冷剂与0.1%Al_2O_3/R141b纯纳米流体制冷剂共7种实验工质.设计系统压力为170 kPa、热流密度为9.4～33.5 kW/m~2、质量流率为219.9～439.8 kg/(m~2·s),在高、宽分别为2.0、1.0 mm的矩形截面微细通道内进行流动沸腾传热实验.研究结果表明:表面活性剂对纳米流体制冷剂饱和沸腾区的流动沸腾传热系数影响十分显著;在选用的热流密度及质量流率范围内,采用前述6种添加了表面活性剂的纳米流体制冷剂时,饱和沸腾区平均传热系数较采用纯纳米流体制冷剂时分别提升27.7%、17.9%、13.8%、8.9%、7.9%、5.3%;表面活性剂强化因子SEF随质量流率的变化规律不明显,在同一质量流率下SEF随着热流密度的增大而减小,其中阴离子型表面活性剂SDBS对纳米流体流动沸腾传热的效果最好,阳离子型表面活性剂CTAB次之,非离子型表面活性剂Span80最差.     

凝汽器壳侧换热特性影响因素研究

影响电站凝汽器换热的因素有多种,研究这些影响因素有利于提高凝汽器换热性能。建立凝汽器壳侧流体流动与换热带有多孔介质概念的准三维数值模型,使用数值模型模拟实验凝汽器内部换热特性。在实验中,考虑冷却水入口质量流量、入口温度、蒸汽负荷、漏空气量对换热特性的影响;同样研究了湍流黏度、网格数对计算结果的影响。凝汽器入口参数直接影响凝汽器换热特性,漏空气量增大传热热阻,增大传热端差,降低传热系数;湍流黏度取值不同对数值结果有一定的影响;网格数对凝汽器实时仿真影响很大。