倾斜内螺纹管中超临界水的传热和流动阻力特性研究

为探究超(超)临界锅炉机组内螺纹管螺旋管圈型水冷壁的传热和流动阻力特性,在外径35mm、壁厚7.75mm的六头内螺纹管中进行了实验研究,实验参数为压力22.5～28MPa,热流密度300～500kW/m²,质量流速600～1 000kg/(m²·s),内螺纹管倾斜角度5°～45°。研究了倾斜角度和质量流速对超临界压力下水的传热和流动阻力特性的影响,用5个传热关联式对传热实验数据进行了评估,拟合了超临界水的对流传热和摩擦阻力系数实验关联式。结果表明:内螺纹管内壁面温度和水的传热系数几乎不随倾斜角度的变化而改变;随着质量流速的增加,内壁面温度减小,传热系数增大;随着倾斜角度的增大,水的摩擦阻力系数和摩擦阻力压力降均显著增大;随着质量流速的增加,摩擦阻力系数减小,不同压力下摩擦阻力压力降呈现不同的变化规律;拟合的传热关联式与实验数据吻合良好,95.8%的拟合值与实验值偏差在±20%之内;拟合的摩擦阻力系数关联式与实验数据吻合良好,拟临界点前后分别有84.2%和88.2%的拟合值与实验值偏差在±20%之内。     

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10⁵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。     

圆形液体浸没射流冲击核沸腾传热的实验研究

以R113为工质,通过实验系统研究了圆形浸没射流冲击下射流出口速度、喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、液体流动方向及过冷度等对核沸腾传热曲线及临界热流密度的影响.结果表明:同一过冷度下的池核沸腾和冲击核沸腾曲线可以用统一的关联式来表达;提出的过渡沸腾传热表达式可以很好的用来关联实验数据;而临界热流密度随着速度增加及离驻点距离的减小而提高.     

弦月形通道内热虹吸沸腾强化传热的数值计算

弦月形狭缝通道热虹吸沸腾传热具有明显的传热强化效果 ,以溴化锂水溶液为工质的实验测试表明 ,其传热系数达到5～ 6kW/ (m2 ·K) .基于这种狭缝通道气泡底部薄液膜蒸发机理 ,建立了狭缝沸腾传热组合机理模型 .计算结果表明 ,随着时间的延续 ,膜内温度逐渐趋于线性分布 ;热流密度增大 ,液膜厚度变薄 ;沸腾传热系数随着热流密度的增大而增大 .分析了不同边界及初始条件下的气泡底部液膜蒸发传热特性 ,解释了气泡受挤压变形后气泡底部的液膜厚度减薄是传热效率得到增强的主要原因 .该传热模型的求解结果与实验结果吻合良好 ,说明本模型是合理的     

微肋阵通道沸腾起始点实验研究

以去离子水为工质,在质量流速G=292.8~412.2 kg/(m²·s),入口温度T_in=50.6~81.5 °C,热流密度q"=10.1~87.1 W/cm²的条件下,对圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道内沸腾起始点特性进行了实验研究。对微肋阵通道内单相对流传热和两相沸腾传热过程的分析结果表明,壁温和压降曲线的变化趋势均可作为沸腾起始点的判定依据。通过分析各实验参数对沸腾起始点热流密度的影响趋势,发现微肋阵通道内沸腾起始点热流密度随质量流速的增大而增大,但是随着入口温度的增大而减小;在相同工况条件下,圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道沸腾起始点热流密度依次减小。     

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。     

混合制冷剂沸腾传热模型及经验方程

混合工质的传热系数非常低,采用机械加工表面多孔管可以大大提高了其沸腾传热系数,本文建立了混合制冷工质在机械加工表面多孔管外沸腾传热过程的模型,并推导了其沸腾传热膜系数的经验关联方程,在实验范围内,该经验方程与实验数据的最大偏差不超过１３．８％,平均偏差小于４．９７％《     

制冷工质R11池沸腾换热气泡行为的可视化研究

采用可视化实验技术对压力为0.1MPa的条件下、制冷工质R11池沸腾气泡行为进行了深入观察和分析．可视化实验结果表明，气泡底部微液层的蒸发对气泡的生长具有极其重要的作用．在气泡生长过程中，未发现气泡底部的微液层有液体补充．研究结果表明，随着壁面过热度的升高，气泡脱离直径与脱离时间减小，而气泡脱离频率升高．此外，通过对实验图像资料的分析，得到了气泡直径及气泡底部干斑直径随时间的变化曲线以及沸腾表面汽化核心密度随热流变化的关联式．基于实验结果，利用动态微液层模型对制冷工质R11的池沸腾曲线进行了预测，结果显示，预测值与实验值在高热流密度条件下符合较好．     

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。     

微通道流动沸腾过程中异态相干沸腾的强化传热研究

随着电子器件的集成化和小型化,其散热量超过10 MW/m²将成为现实,这超出了目前大功率系统中使用的单相冷却方案的上限,所以必须再次开发新的冷却方案.克服单相传热局限性的一种方法是转变为两相沸腾传热,而临界热流密度又是所有沸腾传热的上限值.因此,为了提高微通道内流动沸腾传热的临界热流密度,本文设计开发了非均匀导热性传热板.通过将两种不同导热性能的材料(铜和聚四氟乙烯)交替布置在靠近传热表面的传热板内,实现了传热表面的非均匀温度分布和异态相干沸腾模式(核态沸腾与膜态沸腾共存且相互干涉的状态).同时搭建了微通道流动沸腾实验系统,其微通道截面尺寸为1.84 mm×70.00 mm,通道长度为280.0 mm,传热板表面尺寸为10.0 mm×10.0 mm,流体工质为去离子水.在不同入口流速v=0.1 m/s、0.2 m/s、0.4 m/s和不同过冷度DT_sub=10.0 K、20.0 K、30.0 K条件下,研究了非均匀导热性传热板在微通道流动沸腾中的传热强化效果.结果表明,相对于单纯的核态沸腾状态,异态相干沸腾状态能够有效地提升流动沸腾传热的临界...     

水平微肋管内有机工质R245fa的沸腾换热性能

为增强有机朗肯循环发电系统中蒸发器的传热能力,对水平微肋管内新型有机工质R245fa的沸腾换热性能进行实验研究。研究结果表明:R245fa沸腾换热系数随质量流速增大而提高,随饱和温度和热流密度增大而减小;随着干度增大,沸腾换热系数先增大后降低,存在1个临界干度;在实验条件下,临界干度约为0.4,并与实验工况有关;超过临界干度时,质量流速对R245fa沸腾换热系数的强化作用增大,而饱和温度对沸腾换热的抑制作用增大;在4种常用关联式中,KANDLIKAR关联式对R245fa沸腾换热性能的预测较精确,预测值与91.6%的实验值偏差在±25%以内,绝对平均偏差为11.2%,能满足工程设计要求。     

两种电极作用下微细通道内的R141b流动沸腾传热

为研究电场作用下微细通道内流动沸腾传热特性,设计了两种电极布置方式将电场引入到微细通道中,选取制冷剂R141b作为工质,在设计系统压力140 kPa,工质入口温度305.65 K工况下,研究了电场对微细通道内制冷剂R141b流动沸腾传热的影响.结果表明:电场能够强化微细通道传热,针状电极作用下沸腾曲线明显左移,与针状电极不同,线状电极除0、250 V沸腾曲线基本重合外,其余沸腾曲线均明显左移,说明线状电极起强化作用的有效电压高于针状电极;饱和沸腾传热系数随热流密度的增大先增大后减小,随质量流密度的增大而增大,相对于无电场,在250、550、850 V的3种针状电极作用下饱和沸腾传热系数分别提高了39%、62%、77%,线状电极作用下提高了0%,50%,82%;低电压时,针状电极的强化传热因子大于线状电极的强化传热因子,高电压时则相反,在本实验工况下,针状电极下的强化传热因子最大为1.77,线状电极下的强化传热因子最大为1.82.     

卧式螺旋管内流动沸腾传热恶化特性及其判断准则

为了探索卧式螺旋管内流动沸腾传热恶化特性及预测准则,进行了以R134a为工质的实验研究.实验结果表明:在高干度区,低质量流速时一般内侧壁温先飞升,外侧壁温后飞升,但起飞点的间距较小,且飞升点在干度为0.73附近;高质量流速时,内、外侧壁温几乎同时飞升,飞升点发生在干度为0.78附近.进一步分析了临界热流密度与干度的关系及热流密度对平均传热系数的影响.根据实验结果,拟合出了适用于卧式螺旋管内流动沸腾传热恶化发生时的预测模型,经实验验证,预测值与实验值吻合较好.     

钛合金螺旋盘管原油换热器传热特性研究

为满足采油井场井口采出液（原油）冬季加热的特殊技术需求，解决管壳式、板式、套管式等传统形式换热器在相应使用条件下存在的难以承受高压、尺寸及质量大、制造困难、造价高、易腐蚀、流阻大等问题，设计制作了一台液量为25 m³/d的实际井场钛合金螺旋盘管原油换热器，并搭建了相应传热与流阻测试实验装置。开展了多种工质对在多种流速匹配下的传热性能实验，以及壳程防冻液和管程原油的流阻测试实验。结果表明：在壳程为水或防冻液，管程为原油时，壳侧雷诺数应达到7 000（对应流速0.32 m/s）以上，管程雷诺数应达到2 000（对应流速1.1 m/s）以上，才能获得相对较高的总传热系数；壳程载热介质流速在很宽的范围内流阻都很小，对泵总扬程的影响基本可忽略，壳程流速选择可仅从能量平衡角度考虑；管程原油流动雷诺数在2 000～2 500之间（对应流速1.1～1.3 m/s）,流阻约为50～75 kPa,相当于一般井口回压的3.3%～5.0%,对抽油机的工作基本不会产生影响，此时已获得了较高的总传热系数。基于换热实验数据，对比较接近实验测试结果的一种理论计算模型进行了分析和修正，使其能与实验...     

高热流密度下高度对微小间隙通道内流动沸腾特性的影响

实验研究了常压去离子水在不同高度的微小间隙通道内的流动沸腾特性．实验热流密度为0～206 W/cm²，质流密度为200～400 kg/(m²·s)，间隙为1 mm和2 mm．结果显示，随着实验条件的变化，通道内出现了泡状流、清扫流、搅拌流，且在清扫流早期观察到不稳定流动现象．此外，间隙高度降低促进了流型的过渡，加快了不稳定流动的进程．1 mm通道内核态沸腾起始点的热流密度低于2 mm通道，表明间隙高度的降低更有利于气泡在低热流密度下成核；1 mm通道的过冷沸腾传热系数最高为2 mm通道的1.7倍，2 mm通道内饱和沸腾传热系数略高于1 mm通道．表明低热流密度下过冷沸腾时小通道具有更好的传热性能，高热流密度下饱和沸腾时大通道的传热稍具优势，同时表明间隙高度造成的传热差异随热流密度增大先增大后变小；1 mm通道内临界热流密度为2 mm通道的83%，表明间隙高度的降低会使得临界热流密度降低．     

微通道热沉内液氮的流动沸腾换热实验

通过实验研究了质量流量在62.6~598.6kg/(m2·s)下不锈钢材质的平行微通道热沉内液氮流动沸腾的传热特性,并将实验所测得局部换热系数与经验关联式计算所得结果进行比较.结果表明:在核态沸腾阶段,随着干度增大,热沉的局部换热系数增加并逐渐达到一个峰值;当干度继续增大时换热系数逐渐减小;热沉的局部换热特性受其流型和低温流体工质特殊性的影响,在干度较低的条件下,其实验结果与模型预测结果的变化趋势一致,但预测值大于实验值.     

管束间狭窄通道单相及沸腾流动传热实验关联式

以R113为工质,对不同当量直径管束通道内的流动传热特性进行了实验研究.在对单相强制对流实验数据与Sieder-Tate、Dittus-Boeher和Gnielinski公式的计算结果进行比较的基础上,得出了适合管束间狭窄通道的单相强制对流传热关联式;通过分析管束间狭窄通道中流动沸腾的传热特性,得到了可用于该通道的流动沸腾传热实验关联式,且计算值与实验值吻合较好.     

R32制冷剂在小管径水平管内的沸腾换热与阻力特性实验研究

针对污染小、能效高、可燃性差、低毒性的新型R32可替代制冷剂在水平管内低温工况下的沸腾换热特性开展研究，设计并自主搭建了管内对流沸腾相变换热实验系统，分别开展了3 mm、4 mm小管径水平管内低温R32沸腾换热的实验研究，探究了质量流速、热流密度、饱和温度等参数对R32对流沸腾换热特性的影响，分析了蒸干对沸腾换热系数恶化的影响机制。结果表明：3 mm内径管的沸腾换热相比4 mm通道平均提升约8%～12%,且高质量流速下的临界干度几乎与管径无关；相较传热特性，R32饱和温度对两相流动阻力更为敏感，饱和温度自13℃降低至11℃时阻力损失提高约23%;利用改进的Fang关联式，可实现小管径水平管内R32对流沸腾换热系数预测，88.56%的实验数据误差可控制在±10%范围内。     

脉冲流动对糖汁换热的影响及其机理的研究

在套管式换热器中,流体的脉冲流动可以提高其传热系数。当糖汁流速u=1.2m/s时,可提高70%。同时,指出湍流度增高、边界层减薄和气蚀现象是脉冲流动强化传热的主要机理。根据实验结果,还建立了工程上可用的传热准数关联式。     

低质量流速下环形通道内干涸后传热实验研究

对以水为工质在中压(1 5～6 0MPa)、低质量流速(52 89～84 20kg/(m2·s))下的双面加热环形通道内的流动沸腾干涸后传热进行了实验研究.由实验数据与通用的经验公式进行比较,发现这些关系式适合于中高压、高质量流速工况,而对低压、低质量流速工况存在较大的偏差.考虑了蒸汽物性参数和壁面温度对换热的影响,在Groeneveld公式形式的基础上,引入Polomik公式中壁面温度和饱和温度比值关系的修正因子,分析了影响壁面温度的热流密度、压力和质量流速等因素,得出了一个适合中压、低质量流速下新的干涸后传热计算关系式.该关系式与实验数据吻合较好.