纽带管内吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性实验研究

为了探究新型飞行器热防护结构与换热部件中结焦及流动换热机理,选择内置纽带的外径6mm、壁厚1mm的304型合金圆管,在质量流量为1.2g/s、流体出口压力为3MPa、出口温度为620℃的实验条件下,探究了内置纽带(扭曲比y=6.31,12.63)对吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性的影响。实验结果表明:相较于普通圆管,插入纽带后,结焦堵塞引起了实验段压降最大值降低了85%以上,管内结焦量减少了93%以上,实验管段外壁温随时间变化的幅度减小,相同位置的Nu有明显的提高。分析得知:螺旋纽带能使管内碳氢燃料产生旋转并引起二次流,在强化传热的同时可以冲刷附着在管内壁上的结焦沉淀,减少结焦量,进一步强化换热。     

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。     

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。     

超临界天然气在蛇形盘管内流动与传热的数值模拟

为了更好地研究LNG浸没燃烧式气化器管内流体的流动传热特性,建立了浸没燃烧式气化器管内高压天然气升温跨临界流动传热过程的数值模型,对其轴向与环向的流动传热特性及操作参数的影响进行相关研究,并将模拟结果与现有管内超临界流体传热的关联式进行对比。发现管内传热系数随换热管长先增大后减小,在拟临界点位置达到峰值,且弯头处出现局部传热强化;提高管内质量流量能够显著强化管内传热,但流体跨临界位置也会相对延后;提高管程入口温度和水浴温度均使流体跨临界位置提前,而较高的水浴温度会使传热系数峰值偏低;模拟结果与现有传热关联式的对比结果发现,JacksonHall公式更能准确预测超临界天然气在蛇形盘管内的传热特性,但不能体现弯头处的局部传热强化。研究结果为浸没燃烧式气化器的设计工作提供了依据。     

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

对超临界RP-3航空煤油在内径为10 mm、长度为8 000 mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响。通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性。计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理。     

浮升力对水平管内超临界航空煤油传热影响数值研究

对超临界RP-3航空煤油在内径为10 mm、长度为8 000 mm的水平圆管内的流动与传热特性进行了数值模拟研究,重点考察了超临界航空煤油在拟临界区热物性的奇异变化对水平管内传热的影响．通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性;根据近壁区流体状态将整个换热过程分成4个阶段,并利用截面中垂线上的密度分布和二次流速度定性分析了二次流沿管轴向的变化规律,以解释壁温异常分布的机理;引入截面相对横向动能对二次流的强度进行描述,讨论了质量流速及热流密度对二次流和壁温分布的影响规律;最后,分析了浮升力影响判别准则在水平管超临界航空煤油对流换热中的适用性．计算结果表明,二次流的演变规律能合理地解释水平管内超临界RP-3航空煤油的非均匀传热机理．     

纳米流体池内沸腾时传热面上的吸附和烧结现象

对纳米流体池内核态沸腾进行了研究.沸腾传热面为水平加热面,基液使用蒸馏水和乙醇,纳米颗粒使用CuO和SiO2,扩散剂使用十二烷基苯磺酸钠(SDBS).实验发现:对于添加了扩散剂的水基纳米流体,在壁温超过大约112℃后,传热面上出现烧结层,沸腾实验无法继续进行;没有添加扩散剂时,传热面上有极薄的颗粒吸附层形成,表面粗糙度和固液接触角都减小,可以获得完整的核态沸腾曲线,换热特性比纯水有所降低,临界热流密度有较大增加;对于乙醇纳米流体,无论是否添加扩散剂,传热面上都没有出现烧结层.实验以扩散剂对池内核态沸腾换热表面特性的影响为研究重点,证明了壁温和扩散剂是产生传热面烧结现象的主要因素.     

低流阻火箭煤油的超临界压力流动与换热特性

为探索超临界压力下减阻剂对高温火箭煤油的减阻效果,在压力为15 MPa、质量流速为17 000～50 000kg·m-2·s-1(对应常温流速约20～60m·s-1)、流体温度从常温至360℃和热流密度为2.5～30MW·m-2的试验条件下,对火箭煤油和添加减阻剂的低流阻火箭煤油在直径2mm×0.5mm的高温合金钢管内的流动与换热特性进行了研究。研究发现:在本文研究条件下,煤油传热机理为超临界压力单相类液态强制对流换热;减阻剂对火箭煤油的减阻效果明显,减阻率最高可达60%;随着流体温度升高,雷诺数增大,减阻剂的减阻效果降低,减阻率最低下降至约20%;添加减阻剂后,煤油传热性能显著弱化,但高雷诺数下减阻煤油的换热性能基本维持不变,减阻煤油与火箭煤油的努塞尔数之比约为0.5;雷诺数小于63 000时减阻效果大于传热弱化效果,大于63 000时结果相反。     

脉动流场下波壁管内流体流动与换热特性

强化换热是实现绿色低碳发展和提升综合竞争力的有效途径,符合当前"碳中和"的理念。利用数值模拟的方法对脉动流场下波壁管内流体的流动与换热特性进行分析研究。研究发现,当脉动频率很低时,出口截面速度分布类似于稳态时的抛物线分布,而当脉动频率较大时,在波壁管的主流区速度梯度较低,在近壁面处速度梯度很大。脉动流场下无反向流与有反向流下流场的分布明显不同,有反向流流场的紊乱度更高。在脉动流动下,振动分率P<1时,摩擦因数呈正弦规律变化,当P≥1时,摩擦因数不再呈正弦规律变化;脉动频率会引起摩擦因数的相位发生变化,而振动分率不会引起其相位发生变化。脉动对于波壁管内流体的换热也有一定的影响,当P<1时,随着P的增加,传热强化系数变化不明显,而当P>1时,传热强化系数随着P的增加而明显增大。     

环形窄通道内流动沸腾换热及两相流型研究

实验研究了垂直向上窄缝环形管内流动沸腾换热特性和流型变化，窄缝宽度为1—2．5mm．实验结果表明，窄缝内沸腾传热有明显强化，并出现了区别于常规尺寸管内的两相流型和局部换热特性。