正方形截面直通道内二次流现象的实验研究

以空气-水为介质,通过可视化实验的方法,对边长为10 mm的正方形截面通道内空气-水垂直上升流动的两相流流型进行了实验研究,表观气速为0.04～100 m/s,表观水速为0.001～6 m/s.观察到了正方形截面通道内两相流动的典型流型,通过管外可视化及内视镜伸入管道内拍摄到清晰的环状流和爬动流流型,证实了正方形截面直通道内存在"二次流"现象,且对气-液两相流动的相分布有较大影响.将正方形截面爬动流与圆通道内的溪状流进行了比较,由于其中的作用力不同,它们在发生条件、流动形态及液膜形状上有很多异同点,圆通道内溪状流的液膜是随机出现和分布的,数条液带、液丝的位置不确定,尺寸相差悬殊.利用单能γ射线传感器测量了正方形通道内爬动流及环状流的液膜厚度,得到壁面上液膜厚度的分布图,证明了正方形通道内随着表观气速的增大,二次流作用逐渐增强,使得壁面上液膜分布的不均匀,壁面中心处液膜最厚.     

钛合金螺旋扁管换热器流阻与传热性能实验研究

为研究钛合金螺旋扭曲扁管换热器壳侧选用高黏度导热油的传热规律,对钛合金螺旋扁管换热器的壳侧在层流(Re2 000)与过渡流(2 000Re9 000)状态的传热性能进行实验研究,与分别采用钛合金圆管与螺旋槽管作为换热元件的折流板换热器进行比较,根据实验数据并采用多元线性拟合对扁管壳侧的努塞尔数Nu与阻力系数f进行拟合,其最大拟合误差都是±10%。实验结果表明,螺旋扁管换热器的壳侧在层流与过渡流均有明显的强化传热效果,其强化传热指标h/Δp是螺旋槽管换热器的1.7~2.5倍,光管换热器的2.3~4倍。在层流与过渡流状态下,扁管尺寸、Re、Pr对传热影响较大,螺旋扁管换热器特别适合层流换热。     

冷中子源两相氢热虹吸回路流动极限试验研究

针对中国先进研究堆冷中子源两相氢热虹吸回路传递管的流动极限,以R113 为工质进行了垂直管内气液两相逆流流型和液泛发生界限的试验研究.通过可视化试验发现,随着气液两相流量的增加,依次可出现平稳的下降液膜流、入口有液滴夹带的下降液膜流、入口附近局部乳沫流和全管搅拌乳沫流4 种流型.依据不同管径(32、34、45 mm)、不同压力(70~820 kPa)下的液泛试验数据,提出了一个新的预测液泛发生的关联式,并和一些著名的液泛关联式进行了比较,发现试验数据以及新关联式的预测结果和McQuillan修正关联式的预测值最为一致.所提出的关联式适用于闭式系统中具有锐边入口几何结构的垂直管内气液两相逆流液泛的预测.     

正方形小通道内不同性质溶液-氮气两相流型

采用可视化手段研究了水力直径为2.5mm的正方形小通道内蔗糖-氮气、羧甲基纤维素钠(CMC)-氮气、水-氮气和水力直径为1.0mm的正方形小通道内蔗糖-氮气的垂直绝热上升流动,对其流型、压降进行了实验采集.实验中的典型流型有:弹状流、搅拌流和环状流.通过大量的数据得到了各个溶质的流型转变图和压降曲线,对各种流型的流动机理进行了分析,着重对黏弹性对于流动的影响进行了研究.通过水力直径为2.5mm的小通道内蔗糖-氮气、CMC-氮气和水-氮气流型的对比,总结了流体的黏弹性、流量对于流型转变的影响.对不同水力直径时的蔗糖-氮气流型进行对比研究,总结了流体水力直径、表面张力等因素对于流型转变的影响,同时在水力直径为1.0mm的小通道内发现了明显的二次流动现象.实验证实Chisholm方法对于非牛顿流体的压降处理已不再适用.     

充灌磁性液体的脉动热管试验研究

试验研究了充灌磁性液体的脉动热管的传热性能.试验工质为颗粒体积分数为1.39%的水基Fe3O4磁性液体,脉动热管由内径为2.5 mm的铜管制作,加热功率为40～150 W,倾角固定为60°.将试验结果与充灌纯水及质量分数为1.875%的四甲基氢氧化铵水溶液(磁性液体中的表面活性剂)时的结果进行了比较,发现充灌磁性液体时脉动热管的热阻最小,并且最佳充灌率为40%,传热得到了强化.此外,当在脉动热管绝热段施加0～60 kA/m的均匀磁场时,脉动热管的热阻略有增大.     

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。     

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。     

压力突降过程中高压氟利昂R113液体蒸发传热特性

为揭示高压R113流体在压力突降过程中的热动力学变化特征,通过数值模拟的方法研究了压力容器或者管道发生破裂时发生的剧烈降压蒸发相变过程。结果表明:在降压过程中高压氟利昂溶液表面温度变化可大致分为3个阶段:温度骤降阶段、温度回升阶段和温度维持阶段。降压过程中实验罐内压力变化经历了2个阶段:快速降压阶段和压力恒定阶段。降压蒸发过程中,初始压力越高,溶液的蒸发速率越快,温度下降也越快;初始温度越高,溶液温度变化曲线的斜率越大,液体的蒸发速率也越大。     

超临界压力水在倾斜上升管内传热的试验研究

在压力为23～28 MPa、质量流速为600～1200 kg/(m2·s)、热流密度为200～400 kW/m2的试验条件下,对内径为26 mm、倾角为22°的倾斜上升管内高温高压水的传热特性进行了试验研究.倾斜管壁温沿管壁周向非均匀分布,顶部壁温最高,底部壁温最低,两者温差随压力和质量流速的升高而减小,随热流密度升高...     

利用红外对管进行无干扰气泡上升速度测量的实验研究

采用红外对管作为测量手段,对空气气泡在去离子水、质量分数为10%的氯化钠水溶液、质量分数为5%以及10%的酒精水溶液中的上升速度进行了实验研究.实验结果与Mendelson经验公式以及Harmathy经验公式的预测值相比,误差小于15%,与数码摄像法的实测值吻合良好.该法具有设备简单,操作方便,成本低廉,对流体物性无影响,不干扰气泡的上升过程等特点,特别适宜测试毛细管等微管内气泡(气弹)的上升速度,是研究毛细管传热及微通道气液两相流动力学的较好方法.