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.     

超临界直流锅炉汽水分离器瞬态传热的研究

阐述了在高压汽水试验回路上进行的６００ＭＷ超临界直流锅炉汽水分离器模型，在锅炉实际启动过程中介质对筒壁瞬态传热试验研究，试验参数范围为Ｐ＝３～１１ＭＰａ，质量流量Ｍ＝０．２～０．３５ｋｇ／ｓ，干度ｘ＝０．２～０．８．在此参数范围内通过试验研究，由导热反问题方法根据试验数据拟合出动态过程中介质对分离器模型内壁的放热系数关联式，并按模化理论推广到实际设备，为计算动态过程中汽水分离器热应力和优化启动程序提供了重要依据。     

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．     

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。     

立式螺旋管圈内汽水两相流动不稳定性的研究

在高压汽水试验回路上进行了立式螺旋管圈内水动力不稳定性的试验研究．在较宽的试验参数范围内就系统压力、质量流速、入口过冷度、热负荷、进口和出口节流对于立式螺旋管圈内水动力不稳定性的影响进行了研究分析。结果表明在此类管圈中存在压力降型、密度波型和热力型脉动，同时建立了描述系统极限状态下各参数相互关系的极限状态方程式，得出了预测极限热负荷的经验公式。为该类型装置的设计与运行提供了可靠的依据。     

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。     

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。     

螺旋管内单相流动周向非均匀传热现象的数值模拟

采用Reynolds应力模型针对螺旋管内的单相流动周向非均匀传热现象开展数值模拟研究.基于与螺旋管传热实验数据的对比,验证该数值计算的正确性.研究发现:螺旋管周向传热分布随着重力加速度与离心力加速度之比(?)的变化而变化.导致这种现象的原因可能是螺旋管周向传热分布受离心力和重力的共同作用,?的变化引起了合力方向的变化,进而影响了螺旋管的周向传热分布;?是影响螺旋管单相流动周向传热分布的主要因素;分析总结管壁周向温度分布随加速度比、螺旋直径、螺旋升角、螺旋管水力学直径等参数的变化规律及其成因.     

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     

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.     

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。     

管内流动换热过程的性能综合分析

基于管内流动换热方程,在最小初投资的条件下导出经济合理的管长、管径比与换热参数的关系式.同时对管内流动换热过程进行火用分析,得出火用损失率最小的最佳运行参数(Reopt),以及由换热准则关系式得出的最佳换热参数(Stopt),最后得到使管内流动换热过程的结构、流动与换热性能综合优化的管长管径比.     

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。     

高效沸腾传热强化表面的研究

本文报道了肋形隧道机械加工表面多孔管(JK—2管)单管管外池沸腾实验。实验工质为R—113和R—11。实验结果表明:对R1131质,JK—2管沸腾给热系数比光滑管高2.5～15倍,临界热负荷高约100%;对工质R—11,JK—2管的沸腾给热系数比光滑管高1～10倍;与机械加工表面多孔管(JK—1管)相比,在工质R—11和R—113中,沸腾给热系数高20%～150%。并建立了一个预报值与实验值误差在±15%以内的准数关联式。     

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.     

超临界CO2热泵蛇形管气冷器传热特性研究

为了减少能源消耗、提高CO₂热泵的效率,基于Fluent软件,采用数值模拟方法对超临界CO₂在蛇形管气冷器中的传热特性进行研究。主要探究蛇形管内超临界CO₂的流动特性,通过改变操作压力、CO₂和冷却水的质量流量,分析蛇形管的传热性能。结果表明,蛇形管中离心力周期反向,会使温度和速度梯度呈周期性的内侧和外侧交互扩散的趋势;超临界CO₂压力越靠近临界点,平均传热系数越高,压力为8 MPa下的平均传热系数相较于9 MPa和10 MPa分别提高了24.37%和42.53%;超临界CO₂的平均传热系数随着CO₂质量流量的增加而增大,随着冷却水质量流量的增加而降低,冷却水质量流量的增加不会对峰值点的传热系数产生影响,但会使峰值点出现的位置提前。研究结果为超临界CO₂热泵蛇形管气冷器的设计、运行及热效率的提升提供了理论依据。     

水在水平管束管外池沸腾传热的实验研究

通过对水在水平管束管外池沸腾的实验研究,探讨了沸腾换热系数随热流密度及沿管排高度变化的规律和内在机理．由实验结果发现：管束中各排测量管的沸腾换热系数明显高于单管池沸腾的情况;管束沸腾时存在管束效应,即随管排位置增高,起始沸腾点提前,沸腾曲线上移,沸腾换热系数增大;这种管束效应在部分核态沸腾时较强,而在充分发展核态沸腾时较弱;管束池沸腾的强化传热应归因于“滑移汽泡”及“诱发自然循环对流”机制．此外,还得出了管束池沸腾换热系数的经验关系式．     

波纹管对高黏度介质的强化传热研究

通过数值模拟和实验研究考察了一种黏度较高的油类介质在波纹管内的流动和传热特性。研究发现,在本文条件下,波纹管内流动从层流发展到湍流的临界雷诺数远小于传统光滑圆管内的临界雷诺数,约在800～1000左右;波纹管在低雷诺数条件下对较高黏度的介质具有更好的强化传热效果,最大传热强化比达到6倍左右;本文拟合出的波纹管内高黏度介质强制对流时的传热准则关联式,考虑了波纹管管型及不同温度下介质物性参数的影响,经验证具有较好的精度,这为波纹管换热器的进一步工程设计和应用提供了一定的理论依据。     

超临界压力下浮升力对航空煤油流动换热影响

通过RNG两方程模型结合增强壁面处理法的数值方法,研究了不同重力加速度下,浮升力对超临界压力下水平圆管内RP-3煤油流动换热的影响。建立、验证了计算模型;分析了RP-3煤油在拟临界区热物性变化,并对流动换热受浮升力影响判别准则的适用性进行了比较分析。结果表明:在拟临界温度附近煤油热物性的剧烈变化导致的浮升力作用下,水平圆管内产生较强的二次流动;二次流动减弱上壁对流换热,增强下壁对流换热,增大下壁摩擦阻力,减小上壁摩擦阻力,流动压力损失略有增大;随着重力加速度的增大,浮升力对换热和流动的影响更加显著;最后分析得出Protopopov准则能较好地描述浮升力对超临界压力煤油换热的影响规律和程度。     

流体在螺旋管内对流换热和压降性能的数值模拟

分别对螺旋椭圆管和螺旋扁管建模并进行数值模拟和理论分析,对比研究两种螺旋管道的流动换热性能及沿程换热情况,结果表明:层流范围内,螺旋扁管的换热性能好于螺旋椭圆管,但流动阻力较大,根据综合性能评价因子得知螺旋扁管较好;湍流范围内,螺旋椭圆管性能好于螺旋扁管.沿程换热情况表明螺旋管长约为0.5 m时换热效果最佳,同时螺旋管几何尺寸对换热性能也有影响.