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     

R134a在螺旋管内的流动沸腾传热

制冷剂R134a作为CFCs类工质的替代物已经投入商业应用,螺旋管具有传热效率高、结构紧凑等优点,在各种工业领域中被广泛使用,研究R134a在螺旋管内的流动沸腾传热性能对制冷系统中新型蒸发器的设计具有重要意义。实验测量了R134a在管内径10mm,螺旋直径180mm,螺纹节距50mm的紫铜螺旋管内的流动沸腾传热系数。实验段外缠电阻丝加热,热流密度q=3-21.2kW/m^2,质量流量G＝150－420kg/(m^2.s)。实验表明,由于二次流的存在,螺旋管对流动沸腾传热具有一定的强化作用,而且在低干度区的强化效果比高干度区更好。     

换热器螺旋管冷凝换热的数值模拟与实验研究

为了研究换热器螺旋管的冷凝传热性能,对R22制冷剂使用VOF模型在螺旋直径为300mm、螺距为19.52mm、管道直径为9.52mm的换热器螺旋管进行了数值模拟,分析了换热器螺旋管的流场分布特性,研究了流体流速和饱和温度对螺旋管内换热性能的影响。通过实验研究了不同参数对螺旋管内换热性能的影响,对数值模拟的准确性进行验证。实验结果表明,在不同流体流速时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%-11%,在不同饱和温度时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%-8%,说明数值模拟方法和结果是合理的。该研究为螺旋管换热器的设计优化以及空调热水器一体机的节能损耗给予了一些参考。     

螺旋管蒸汽发生器热工流体力学二维模型

为了解螺旋管中流动工质的热工水力特性 ,分析螺旋流动中离心力的作用 ,在一维模型的基础上 ,添加了横向动量守恒方程 ,发展为二维数学模型。在守恒方程中直接计算离心力项 ,流型划分、传热和流动阻力结构关系式中不需采用 De数 (Re d/ D)进行修正 ,传热和流动阻力计算可直接选用直管的经验关系式。针对清华大学核能与新能源技术研究院建造的 HTR- 10中所采用的小螺旋管式蒸汽发生器编制程序 ,进行稳态计算 ,计算结果与实验结果误差在 10 %以内。二维数学模型可以从理论上分析离心力的作用及热工水力参数分布的非轴对称性     

带有倾斜楔形肋片矩形通道内的流动与换热

提出了一种新型的燃气轮机叶片内部通道强制对流冷却方案.为了探明该种对置叉排倾斜楔形仿螺旋肋片通道结构特有的综合换热效果,利用数值分析方法研究了在通道宽高比为2.9、肋高与通道当量直径比为0.336、肋片与轴面的夹角为15°、雷诺数在2×104~1×105的非旋转情况下,雷诺数、肋片与主流方向夹角等参数对通道强化传热和流动阻力特性的影响.研究结果表明,该仿螺旋通道内流体流动达到了预期的仿螺旋流动效果,且该仿螺旋流动的效果随着楔形肋片与主流方向的夹角的增大而效果愈趋明显.这种旋转流动特性对内冷通道的强化传热和流阻特性具有很强的影响,与光滑通道相比,通道平均努塞尔数得到了明显的提高,但同时流动阻力也显著增加.     

螺旋管内气液两相流动和传热特性的研究

螺旋管式换热器和蒸汽发生器已经在动力、核电站、化工、石油等工程领域里得到广泛的应用,成为一种十分重要的传热设备.螺旋管式换热器,由于其本身结构、流动和传热特点,己愈来愈受到人们的重视.为了对螺旋管式换热器和蒸汽发生器提供正确的设计和计算方法,需要对气液两在螺旋管内的流动和传热进行深入的研究.目前,对于以工程应用为目的、以高压蒸汽——水系统为对象的研究工作还十分少,缺乏供工程实际应用的试验数据,对于气液两相在螺旋管内流动和传热特性以及机理的了解也很不够.本文分五个方面对螺旋管内气液两相流动和传热特性进行理论分析和试验研究.     

射流入射角度对螺旋管传热性能的影响

为了揭示射流入射角度对螺旋管内流体传热性能的影响规律,通过数值模拟方法对无量纲曲率δ=0.070 1、无量纲螺距τ=0.143的螺旋管在不同射流入射角度(α=30°～150°)下的强化传热性能进行研究。结果表明,射流的加入显著强化了螺旋管内流体的换热,在射流速比ε=4和雷诺数Re=19 000～26 000范围内,随着射流入射角度的增大,螺旋管壁面的平均努赛尔数Nu_m、周向局部努赛尔数Nu_c(螺旋角θ=4.5π截面)及流动阻力系数f均随之增大;当α=150°时,与单一螺旋管(未加入射流)相比,加入射流后Nu_m提升了13.7%以上,Nu_c提升了70%。在所研究的Re和ε范围内,强化传热综合性能评价因子(PEC)随着α增大而减小,但PEC均大于1(1.08～1.65);当α=30°时,在研究范围内PEC达到最大,其平均值为1.62,是单一螺旋管的1.62倍,表明此时的螺旋管具有良好的综合强化换热效果。     

超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统流动特性的研究

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000 MW超超临界汽轮机高压缸内部旁路冷却系统内的流场特性,给出了旁路冷却系统内三维流动细节和温度与压力场的分布规律,并与未考虑内、外缸传热作用的纯流动计算结果进行了比较.结果表明:旁路冷却系统中流动形态主要受系统结构和蒸汽自身流动特性的影响;温度场分布不仅受蒸汽流动形态的影响,还取决于高压缸固体域对流体域的传热作用.研究结论验证了,耦合流动传热数值方法能够更加真实地反映旁路冷却系统内温度场的分布.     

旋转半径和叶片安装角对动叶旋流冷却流动和传热特性的影响

针对航空发动机涡轮动叶片中应用旋流冷却的问题,建立了旋转条件下的旋流腔冷却模型,比较了静止和旋转条件下冲击与旋流冷却的流动传热特性差异,研究了旋转半径和叶片安装角对旋流冷却特性的影响规律。研究结果表明:叶片旋流腔旋转显著改变旋流冷却气动传热特性,旋转条件下旋流腔产生离心力和科氏力;离心力驱使冷气向叶顶方向运动,加强冷气横向冲击作用,使得高传热区域向叶顶方向偏移;科氏力方向为轴向上游或下游,引起冷气轴向回流,增强冷气掺混,减小射流冷气周向速度,显著降低了传热强度;旋转条件下,旋流冷却传热强度比冲击冷却提高了27.6%;与静止条件相比,旋转数为0.819时冲击冷却传热强度减小了30.0%,旋流冷却传热强度减小了18.6%;叶片旋流腔旋转半径增大时,冷气周向速度稍有减小,靶面平均Nu略有减小;叶片安装角增大时,旋流冷却流场和平均Nu不变,周向平均Nu分布均匀性降低。     

电站凝汽器汽相流动与传热特性的准三维数值分析

为了研究凝汽器流动与传热特性沿轴向的变化,文中发展出一个凝汽器汽相流动与传热特性的准三维数值计算方法,应用该方法对一大型凝汽器汽相流动与传热特性进行了数值模拟．计算结果表明,单流程凝汽器冷却水温度沿流向的变化对蒸汽流动与传热的三维特性会产生明显的影响．     

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。     

卧式螺旋管内汽水两相流沸腾传热特性研究

对卧式螺旋管内中、高压单相水、汽和沸腾条件下的汽水两相流强制对流传热特性进行了试验研究，参数范围为压力３．０～１５．０ＭＰａ，质量流速２５０～１５００ｋｇ／ｍ２ｓ，热负荷７０～６００ｋＷ、／ｍ２，出口干度０．０１～１．２０；实验段为２５ｍｍ×２．５ｍｍ不锈钢管弯制而成的螺旋直径比分别为Ｄ／ｄ＝１２，２４和４８的三个管圈，总长都是３０１４ｍｍ，给出了局部传热系数的分布特性及各种条件下的截面平均传热系数计算式。     

近壁圆柱绕流中直径对壁面强化传热的影响

为了研究过渡流下在壁面附近插入不同直径圆柱对壁面强化传热的影响,采用基于复合网格系统的数值计算方法,在雷诺数Re=200时,对圆柱直径D为5～14 mm的近壁圆柱绕流进行了数值计算.利用低速循环水槽试验台进行可视化流动试验,以验证数值计算方法的可靠性.结果表明:近壁插入圆柱可以使流动提前进入利于传热的过渡流状态;当间隙...     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的试验研究

用实验的方法研究了水平螺旋管管外有纵向Ｖ型槽时的凝结换热的强化问题．在相同的真空度下,测试了当Ｖ型槽的角度改变或槽的数目变化时管外凝结换热系数随冷却水流量变化的规律,并将Ｖ型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管及水平螺旋光管的传热效果作了比较．实验结果表明,Ｖ型槽槽深为１ｍｍ、槽数为２８、夹角为６０°时,强化效果最佳;其换热系数是矩形槽管的４～７倍,是光管的８倍     

孔隙率阶梯分布多孔介质内传热及流动性

为研究孔隙率阶梯分布多孔介质内传热及流动,采用局部热平衡假设,考虑流体密度随温度变化,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立水平方向孔隙率阶梯分布多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法进行计算.对数值模型进行实验验证,分析出孔隙率阶梯分布对传热及流动的影响.综合数值计算和实验结论表明:相同温差条件下,大孔隙率侧为高温壁面时对流传热达到稳态的时间比小孔隙率侧为高温壁面时要短;流体速度场分布主要受孔隙率分布影响,最大流速随温差和Ra增大而增大,且最大流速出现在大孔隙率靠近壁面处,与是否靠近高、低温壁面无关;高温壁面平均努谢尔数u随着Ra增大而增大,当lgRa4时,Ra的增加对u的变化影响较小.     

Forced Convection Boiling Heat Transfer and Dryout Characteristics in Helical Coiled Tubes with Various Axial Angles

对水和水蒸汽汽液两相流体在螺旋轴呈各种倾角放置的螺旋管内强制对流沸腾传热与烧毁特性进行了系统地试验研究,试验中系统及结构参数范围如下：压力：Ｐ＝０．４～３．０ＭＰａ质量流速：Ｇ＝１００～２４００ｋｇ／ｍ２·ｓ进口水温：Ｔ＝３０～８０℃出口干度：ｘ＝－０．０５～１．２管内壁面热负荷：ｑ＝０～５４０ｋＥ／ｍ２试验段结构参数：总长Ｌ＝６４４８ｍｍ,管内径ｄ＝１１ｍｍ,螺旋直径Ｄ＝２５６ｍｍ,螺旋升角β＝４．２７°螺旋管轴向放置倾角：水平位置（０°）、向上倾斜４５°（＋４５°）、垂直向上（＋９０°）、向下倾斜４５°（－４５°）．共进行了１０５０个工况的试验．试验结果表明,螺旋管内汽液两相流强制对流沸腾传热可以划分为核态沸腾区、两相流强制对流区、烧毁及烧毁后传热区等３种区域．通过数据处理和分析总结,给出了３区域间转变的边界方程,和３个区域内两相流传热系数的计算公式．根据试验观察和数据结果,对烧毁现象及烧毁点或区域发生的条件及机理进行了深入的分析研究,发现一系列有关现象的规律和特点,指出了其主要影响因素,并给出了烧毁点临界质量干度的预报公式．     

微槽平板传热实验研究(英文)

本文以甲醇为工质实验考察了方型微槽结构平板的传热特性,测试了6种不同尺寸实验段的传热数据,发现槽内单相液体对流随加热负荷或壁温升高有传热与流动形态的变化。分析表明,这种形态变更与微槽内液体因壁温升高引起的明显物性变化密切相关。文中分析了液体流速、温度以及微型结构的几何尺寸对传热及流动形态变化的影响。实验还发现微槽结构内的流动核沸腾与通常情况存在明显差异。本研究为微尺度传热的高技术应用和深入的理论研究提供了实验依据。     

螺旋管强化传热的CFD模拟与优化

在长度500mm的螺旋管中,采用计算流体动力学(CFD)技术对椭圆形螺旋管、圆形螺旋管和旋转角螺旋管的传热性能进行了模拟计算。计算结果表明,旋转角螺旋管具有较好的传热性能。在旋转角螺旋管中有0°、15°、30°、45°、60°5种不同的旋转角结构,其中以30°旋转角螺旋管的传热性能最好。以30°旋转角螺旋结构为基础,模拟了24°、26°、28°、32°、34°、36°等不同的旋转角螺旋结构,得到32°旋转角螺旋结构为最优,该结构螺旋管的出口温度比椭圆形螺旋管提高了19.50%,比0°旋转角螺旋管提高了11.68%。同时通过对椭圆形螺旋结构、圆形螺旋结构和32°旋转角螺旋结构进行压力和速度模拟,计算结果显示32°旋转角螺旋结构有更佳的压力分布和速度分布。     

空气外掠圆孔翅片管的流动与换热数值模拟

以矩形平翅片作为比较对象,采用数值模拟方法研究了空气外掠三对称大直径圆孔翅片表面的流动与传热性能,获得了不同Re(雷诺)数时矩形平翅片和三对称大直径圆孔翅片表面的速度场、温度场和Nu(努塞尔)数分布.平翅片的模拟结果与实验数据的最大误差小于10%,证明了该模拟方法的正确性.研究结果表明:当气流Re=1 610～6 440时,三对称大直径圆孔翅片的表面传热系数比平翅片提高25%以上.证明该圆孔翅片是一种适用于翅片管式制冷换热器且传热效果优越的片型.     

横流式冷却塔传热传质数值计算

采用一种流动传热数值计算模型,利用SIMPLE算法求解二维椭圆型方程的程序,针对上海化机二厂HBG-700型横流塔进行了传热传质数值计算,考虑了流动的非均匀性和空气密度变化,以及流动、传热和传质的耦合。通过计算,得出冷却塔中,空气的速度、压力、温度和含湿量,以及水温的二维分布。出塔平均热力参数与实塔测试结果以及压差法的计算结果基本相符。