航空煤油RP-3热裂解结焦流动换热特性实验研究

为了掌握超燃冲压发动机再生式热防护结构中结焦对传热的影响,在压力为3MPa,质量流量为0.5g·s~(-1),热流密度分别为325、365和374kW·m~(-2)的实验条件下,对Φ3mm×0.5mm的高温合金钢管内航空煤油RP-3热裂解结焦过程的流动和换热特性进行了研究,并比较了结焦前后管内对流换热特性的差异。结焦过程中试验件压降出现了突然降低的现象,随着结焦反应的进行,试验件外壁面温度在逐渐降低。分析得知:结焦是不稳定的过程,伴随着结焦产物的沉积与脱落,壁面温度越高结焦速率越快;结焦会在管道内壁形成多孔结构层,当近壁处流体温度接近或高于拟临界温度时,多孔层将会使超临界"拟沸腾"换热得到强化,然而当近壁处流体温度低于"拟沸腾"所需温度时,结焦层的热阻效应使传热发生恶化。     

组合转子阻垢特性的实验研究

针对在换热器运行中起强化传热与自清洁作用的内插件组合转子进行了实验研究。实验测得光管、内置螺旋两叶片开槽转子和螺旋纽带的换热管内单位面积污垢沉积量随时间的变化趋势,并得出内置组合转子换热管在不同流速和不同水浴温度下的阻垢特性。实验结果表明：相较于光管,螺旋两叶片开槽转子与螺旋纽带都具有较好的阻垢特性,而螺旋两叶片开槽转子阻垢性能更优,污垢渐近值为螺旋纽带的72%;随着流速的增加,内置组合转子换热管内污垢渐近值减小,且达到渐近值所需时间延长,阻垢性能增强;水浴温度的提高使污垢渐近值增大,达到渐近值所需时间缩短,阻垢性能减弱。     

非清洁水换热器管内振荡流动除垢性能研究

为了得到非清洁水换热管内振荡流动的除垢性能,研究了有无振荡干预下非清洁水源热泵换热器管内的流动和传热情况。建立恒热流条件下圆管内振荡流动的物理模型,针对不同工况进行数值模拟。模拟结果显示,振荡流动能够明显增大流体对于壁面的剪切力,在5Hz和10Hz情况下能够增大流体和壁面间的平均表面换热系数,1Hz情况下平均表面换热系数变化不明显。在1Hz实验工况下搭建了试验台进行实验研究,实验结果表明,实验工况条件下,振荡对于换热器管内表面换热系数的影响较小,但是剪切力的增大造成部分污垢沉积物脱落,减小了污垢热阻从而使换热器的传热系数增加了22.2%,因此振荡可以作为换热管内除垢的一种有效方式。     

含人为粗糙元微小冷却通道内的流动与换热

针对液体火箭发动机再生冷却中的结焦问题,对含粗糙元微小冷却通道内的流动和换热进行数值研究.相对无粗糙元通道,粗糙元能获得3%的换热强化,并使流动阻力增加12%.粗糙元的存在增加了2个热侧壁附近的对流强度和热底壁附近流动的法向速度,提高了流动的湍流脉动,因而强化了换热.研究发现无粗糙元通道出口截面最高温度为330 K, 与最低温度相差36 K, 而含粗糙元通道出口截面最高温度只有312 K, 和最低温度相差14 K. 可见引入粗糙元能够大大改善局部热集中,有利于防止冷却剂的结焦.     

R410A/润滑油混合物在5mm水平强化管内的流动冷凝换热特性

探讨了不同质流密度、测试段入口干度及润滑油的质量分数等制冷工况下,R410A/润滑油混合物在5 mm水平内螺纹强化管内的流动冷凝换热特性.结果表明:在不同的质流密度条件下,R410A/润滑油混合物的换热系数随干度的增加先增大,当干度为0.7左右时,换热系数达到最大值,当干度大于0.7时,换热系数随干度的增加反而下降;在润滑油的质量分数为3%和5%条件下,油的存在恶化了换热特性,使其换热系数降低了9.3%~36.5%.基于混合物换热特性,建立了适用于R410A/润滑油混合物在强化管内流动冷凝的换热关联式,其预测值与92%的试验数据误差在±20%以内,平均误差为6.7%,最大误差为34.5%.     

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。     

环形内肋片圆管层流脉冲流动强化对流换热数值分析

为了解环形内肋片圆管中脉冲流动强化对流换热的机理,该文对这一现象进行了数值研究。数值计算结果表明:与具有相同Rem时的稳定流动相比,脉冲流动可使对流换热强化一倍以上,其强化效果与振荡频率、肋片高度和肋片间距有关;最佳量纲1振荡频率在400到1000之间,并随着Rem的增大而增加;对流换热强化的原因在于脉冲流动使由肋片引起的涡旋更加激烈,速度场和温度梯度场之间的协同性更好。     

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。     

超临界流体传热特性研究综述

 超临界状态下流体状态介于液态和气态之间,其扩散性更接近气体,密度依然为液体量级,这种特殊的性质导致超临界压力下流体流动换热特性与亚临界压力下有很大不同.本文以超临界压力条件下水、二氧化碳和碳氢燃料为研究对象,综合分析了超临界流体在管内的换热规律,系统总结了浮升力、热流密度、质量流速、压力、进口温度、流道形状等因素对流动换热特性的影响.其中,浮升力、热流密度和质量流速影响作用较大,在较高热流密度条件下,浮升力会导致传热恶化发生;在较低热流密度下,流体临界点附近会发生传热强化;质量流速增加能够使管内换热效果显著增强.传热强化和传热恶化现象的发生与临界点附近流体物性的剧烈变化密切相关.     

同轴换热器内流动与换热的实验研究

采用实验的方法以水为介质研究了同轴换热器内的流动与传热,Re为3×104～10×104.对具有不同螺距两根内管管内的摩擦阻力及同轴换热器整体换热性能进行了实验研究,研究表明:管内摩擦自力系数是相同情况下圆管的3～3.5倍.采用数值计算的方法揭示了同轴换热器管内外流场特征.     

混合制冷剂在微肋管内流动沸腾的换热关系式

基于作者以前研究得到的三元非共沸混合制冷剂R417A在水平光滑管和2种不同几何参数的内螺纹管中流动沸腾换热的实验结果,应用R417A在光滑管内的实验数据对Kattan模型进行修正,并通过在修正-Kattan模型中引入强化因子,发展了一个混合制冷剂在微肋管内流动沸腾的换热关系式.计算结果与实验结果比较表明:该关系式能很好地预测混合制冷剂在不同的内螺纹管中流动沸腾时的换热系数,当干度小于80%时,预测偏差基本集中在±30%的范围之内.     

R410A-油混合物在7 mm水平直光管内流动沸腾的换热特性Ⅱ.关联式

基于R410A-油混合物管内流动沸腾换热的实验数据,对现有的制冷剂-油混合物的换热关联式进行了评价,对比发现已有关联式的预测值与实验值的误差最大达到80%.基于混合物物性,开发了R410A-油混合物在7 mm直光管内流动沸腾的流型图,并基于流型图和混合物物性开发了R410A-油在7 mm直光管内流动沸腾的换热关联式.所得关联式与90%的实验数据的误差在±20%以内,平均误差为11.8%,最大误差为26.7%.     

R410A-油在φ7 mm水平直强化管内流动沸腾阻力特性

研究了环保替代制冷工质R410A-润滑油混合物在水平直强化管内的流动沸腾摩擦压降特性,探索了油的平均质量分数、干度和质量流率对摩擦压降的影响.实验测试管为内螺纹强化管,长度为2 m、外径为7.0 mm.实验结果表明,R410A-油混合物在强化管内的流动沸腾摩擦压降随油的平均质量分数、干度和质量流率的增大而增大,当油的平均质量分数从0增长到5%时,压降最大可增加31%.R410A-油混合物在强化管内流动沸腾的摩擦压降与光管相比大约增大10%~35%;润滑油的存在对强化管内摩擦压降的增强作用与光管相比较小.开发了适用于R410A-油混合物强化管内流动沸腾的摩擦压降关联式,新的关联式预测值与97%以上的实验数据偏差在±10%以内,平均误差为4.25%,最大误差为14%.     

扭曲片对裂解炉管内介质流体力学性能的影响

以常温常压下的空气为流动介质,研究了加入扭曲片对裂解炉管内强化传热的流体力学性能的影响。实验结果表明:裂解炉管加入扭曲片后,使边界层厚度减薄,传热系数增大,从而传热得以强化。在管中心区域,含扭曲片管内轴向速度沿管径的分布比圆管内较平坦;而在近壁区域,含扭曲片管内速度梯度大于圆管内速度梯度。加入扭曲片后,管压降增加,但压力沿管长方向的变化是均匀的,与圆管内压降变化一致。     

蒸发器的理论与实验研究

本文在分析水在真空状态下蒸发特性的基础上,提出了一种用于小型无泵溴化锂吸收式空调器的新的蒸发器设计方案。对于所设计蒸发器的管内换热机理首先进行了理论分析,然后用单管模拟的方法对四种不同结构的水平蒸发管进行了实验研究。根据实验数据,得到了针对四种结构的水平管内水的蒸发换热系数的经验公式。实验结果表明,第三种结构的蒸发管(管内径10mm,出口截掉1/4d_i)是一种有效的强化传热管,它的蒸发换热系数是200～300W/m~2·℃。本文最后还提出了对强化管内换热的进一步的改进措施。     

内置螺旋叶片转子换热管内二维稳定流动分析

讨论了内置螺旋叶片转子换热管内不可压缩黏性流体的流动及传热问题,建立了描述其流动的数学模型,给出了换热管横截面上定常流动的解的存在唯一性。     

润滑油对小管径强化管内R410A流动冷凝压降特性的影响

对环保制冷工质R410A与润滑油混合物在4 mm小管径内螺纹强化管内流动冷凝的压降特性进行了实验研究,分析了润滑油对流动冷凝摩擦压降的影响.结果表明,在干度小于0.6时,润滑油会减小R410A在4 mm强化管内的冷凝摩擦压降,最大可减小12%;而在干度大于0.6时,润滑油会增大R410A在4 mm强化管内的冷凝摩擦压降,最大可增加13%.结合已有文献中的数据,基于混合物性建立了适用于R410A 油混合物在小管径强化管内流动冷凝的压降关联式,关联式预测值与94%的实验值误差在±30%以内.
     

碳氢燃料裂解结焦特性分析

该文研究中选择SAPO-34、HZSM-5、USY这3种孔径不同的分子筛催化剂进行碳氢燃料的裂解结焦特性分析,研究反应时间、反应温度等外界因素对研究催化剂结焦特性的影响。研究结果显示,700℃条件下这3种催化剂均能够得到最大的结焦量,其中USY型分子筛催化剂则能够达到达55μL/mg的结焦量。分子筛的结焦过程还受到表面酸性、孔径大小等分子筛的自身性质、时间、裂解温度等因素的影响。此次实验可用于碳氢燃料催化裂解催化剂的选择。     

小管径强化管内R410A-油混合物流动沸腾阻力特性

实验研究了环保制冷工质R410A-润滑油混合物在5 mm小管径内螺纹强化管内流动沸腾的摩擦压降特性.实验结果表明,对于纯制冷剂R410A,摩擦压降随着干度的增大先增大后减小,峰值出现在干度为0.7~0.8左右;R410A-油混合物的摩擦压降随油平均质量分数、干度和质流密度的增大而增大,当油平均质量分数从0增长到5%时,在干度为0.9的高干度工况下,摩擦压降最大可增加120%.R410A-油混合物在5 mm强化管内流动沸腾的摩擦压降与7 mm强化管的相比约增大10%~30%;用已有的7 mm强化管的压降关联式预测5 mm强化管的压降时,误差为±40%.以R410A-油混合物在7和5 mm强化管内摩擦压降的实验值为基础,建立了基于混合物物性的R410A-油混合物在不同管径强化管内的摩擦压降关联式.该关联式的预测值与95%的实验值误差在±20%以内.     

含油制冷剂在小管径换热管内流动沸腾换热关联式

通过对现有关联式预测值与6.34 mm和2.50 mm小管径换热管内实验数据的对比分析,发现其对6.34 mm换热管的适用性明显高于2.50 mm的换热管.相对而言,Zurcher修正的Kat-tan-Thome-Favrat模型对于6.34 mm换热管适用性最好,该关联式80%的预测值与实验数据点的偏差在±30%内.但对于2.50 mm的换热管只有40%数据点偏差在±30%内.根据实验结果,开发了适用于小管径换热管的基于局部油浓度和制冷剂-润滑油混合物性的两相换热增强因子模型,该模型能较好地反映润滑油在制冷剂中的实际存在状态及对制冷剂换热的影响规律,且物理意义明确,对于6.34 mm和2.50 mm的两种换热管,其预测值与90%以上的实验数据的偏差均在±20%以内.