亚临界与超临界压力水在管内的对流传热与传质

本文对含有金属腐蚀物杂质的亚临界与超临界压力水在竖直加热圆管内的受迫对流与混合对流传热与传质进行了数值模拟，分析了变物性、浮升力以及压力等因素对管内对流传热与传质的影响。结果表明：浮升力使自下而上流过竖直加热圆管的对流传热和传质增强；在不同的温度条件下，超临界压力水的热物性对传热传质的影响有很大不同。     

垂直上升内螺纹管内超临界压力水的传热特性研究

对垂直上升?1.? mm六头内螺纹管内超临界压力水的传热特性进行了比较系统的实验研究.试验参数范围,压力p=22.～29. MPa,管内质量流速G=650～1200 kg/(m2·s),内壁热流密度q=200～660 kW/m2.根据试验结果,细致地分析了质量流速和压力对超临界水传热特性的影响,并探讨了大比热容区传热强化和传热恶化的发生机理.通过与亚临界压力下传热特性的比较,表明超临界压力下的对流换热不同于亚临界压力下的单相对流换热;超临界压力下的传热存在三种模式: (1)正常传热;(2)传热恶化;(3)强化传热.同时发现,超临界压力下的传热恶化类似于亚临界压力下的膜态沸腾.     

盘管表面喷雾冷却传热传质特性实验研究

针对盘管表面喷雾冷却,通过实验方法研究迎面风速、喷嘴进水流量及辅助空气压力对系统传热传质的影响。研究表明,随着迎面风速的增加,系统的传热传质系数逐渐增大,当风速达到1.5 m/s时,部分液滴未能与盘管进行换热就被排出系统,使有效液滴数量降低,传质系数增长速度减慢;随着喷嘴进口水流量的增加,系统的传热传质系数增加,但流量过大会在盘管表明生成较厚液膜形成热阻,使传热传质能力下降;随着辅助空气压力的增大,系统传热传质系数增大,但进水流量一定时,压力过大会使得喷雾流量下降,传热传质增长速率下降。     

微通道内超临界二氧化碳的压降与传热特性

进行了微通道内超临界CO2的局部和平均传热与压降特性实验研究。结果表明,临界点附近物性参数的剧烈变 化使压降增大,但传热被大大强化。同时也发现,系统压力、质量流速及CO2温度对流动与传热特性有重要影响。在大 量实验数据的基础上,得出了冷却条件下水平微通道内超临界CO2强制对流换热关联式。     

超临界压力CO2在水平圆管内流动传热数值分析

采用SST k-w低雷诺数湍流模型对加热条件下超临界压力CO2在内径di=22.14 mm,加热长度Lh=2440 mm水平圆管内三维稳态流动与传热特性进行了数值计算.通过超临界CO2在水平圆管内的流动传热实验数据验证了数值模型的可靠性和准确性.首先,研究了超临界压力CO2在水平圆管内的流动传热特点,基于超临界CO2在类临界温度Tpc处发生类液-类气“相变”的假设,揭示了水平圆管顶母线和底母线区域不同的流动传热行为.然后,分析了热流密度qw和质量流速G对水平圆管内超临界压力CO2流动换热的影响,通过获取流体域内的物性分布、速度分布和湍流分布等详细信息,重点解释了不同热流密度qw和质量流速G下顶母线内壁温度Tw,i分布产生差异的传热机理,分析结果确定了类气膜厚度d、类气膜性质、轴向速度u和湍动能k是影响顶母线壁温分布差异的主要因素.研究结果可以为超临界压力CO2换热装置的优化设计和安全运行提供理论指导.     

超临界水传热关联式预测传热恶化的评价

本文在较宽广的工况范围内收集、整理了垂直上升光管内超临界压力水的对流传热实验数据(包括传热恶化实验数据)以及超临界压力水传热的计算关联式。将收集到的传热关联式与传热恶化实验数据进行比较,进行误差分析。对传热关联式的形式分析后,对垂直上升管中传热实验数据进行拟合得到一个新的传热关联式并对其进行评价,效果较好。     

竖直圆管内超临界压力煤油传热特性实验研究

在压力2.5~4 MPa, 质量流量0.7~1.7 g/s, 热流密度0.06~1 MW/m2的实验条件下, 对煤油在内径1 mm, 长度300 mm竖直上升圆管内的流动与传热特性开展了实验研究, 并分析了传热系数随局部油温的变化及不同实验参数对传热的影响.结果表明, 超临界压力下煤油传热主要由自身物性和流动状态决定.超临界压力煤油传热过程大致可以分为3个区域:正常传热区传热强化区和传热恶化区.传热强化主要是湍流掺混增强和近壁面流体在拟临界温度附近物性剧烈变化的综合作用; 传热恶化则是因为壁温及近壁面流体温度远高于拟临界温度, 在近壁面发生了类似于亚临界状态下的“拟膜态沸腾”.      

流动方向对超临界二氧化碳流动传热特性的影响

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO₂)在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾理论来处理sCO₂在两管中的流动和传热,将超临界流体视为多相结构,包括近壁区的类气层和管芯中的类液流体.结果发现,传热方面,在正常传热模式下垂直向上管内壁温和水平管底母线内壁温基本一致.当垂直向上管发生传热恶化时,垂直向上管的壁温峰值会随着超临界沸腾数(SBO)的增大超过对应焓值位置的水平管顶母线内壁温.垂直向上管中SBO区分了正常传热和传热恶化.而在水平管中,当弗劳得数小于100时,SBO主导顶底壁面最大壁温差.相比于垂直向上管,相同压力下的超临界流体在水平管内发生传热恶化需要更高的热流密度和质量流量的比值.流动方面,引起垂直向上管压降斜率增高的机理是孔口收缩效应.主导水平管压降变化的机理是分层效应,并用弗劳得数在水平管中顶底壁温差异与压降之间建立联系.     

超临界压力下竖直管内水的传热关系式研究

超临界压力下水的管内传热计算在诸多领域有广泛的应用,如火力发电与水冷反应堆等。由于实验数据与关系式数量的局限,现有关于超临界压力下水的管内传热关系式的评价结果差别很大,这给选择合适的关系式带来困难。从13篇现有文献获得了5366组超临界水竖直管内传热实验数据,将其按不同传热区域进行分类,并与27个现有关系式进行对比,结果发现,曾提出的关系式对于所有实验数据的平均绝对误差为5.4%,且为各个传热区域的最佳关系式,大大提高了对超临界水竖直管内传热计算的精度。研究表明,综合考虑物性修正和密度变化带来的浮升力效应能够显著改善关系式的预测性能。     

超临界水在倾斜上升管内的非均匀传热特性数值模拟

对超临界压力水在管径为Φ32mm×3mm、长度为8000mm、倾角为20°的倾斜光管内的流动与传热特性进行数值模拟研究,重点考察超临界水在大比热区内的奇异物性变化对倾斜管内的传热特性的影响.通过与实验数据的对比,验证计算模型的正确性;计算压力P=26,34 MPa时,不同质量流速和热负荷下倾斜光管内壁温随超临界水焓值增大而变化的规律,以及倾斜光管内壁周向温度及热负荷分布的不均匀性;分析大比热区管内上下母线处内壁温度差随工质焓值变化的特性及机理,讨论大比热区水的物性变化对倾斜光管内传热不均匀性的影响;引入截面横向动能与截面相对横向动能两个变量对二次流的强度进行描述,重点考察超临界水在大比热区内的二次流的流动特点及其对倾斜管内传热特性影响的机理.并利用截面中垂线上的密度梯度定量分析二次流变化的规律,讨论超临界压力下大比热区内倾斜光管内壁温分布异常的机理.     

膜换湿过程热质耦合的分析与模拟

从理论上分析了膜换湿过程中传质过程和传热过程之间的耦合关系,建立了相应的物理数学模型,发展了一种计算热质耦合的方法。分析结果表明传质过程对传热过程的影响主要体现在两方面:一是质量流携带的焓对传热过程的影响,二是吸附和脱附产生的吸附热对传热过程的影响。而传热过程对传质过程的影响主要体现在温度对膜湿阻的影响。采用数值模拟的方法对热质耦合过程进行了研究,结果表明:当热流与质量流方向相同时,热阻随湿度差的增大显著增大,而当热流与质量流方向相反时,热阻随湿度差的增大显著变小,而膜两侧湿度差对湿阻基本无影响。温度的升高会显著增大传质通量,同时降低湿阻,从而使得热流密度和热阻也受到显著的影响。     

超临界压力下SuperORV传热管的传热特性

超级开架式气化器(super open rack vaporizer,SuperORV)一类以海水作为加热热源的新型气化器,在LNG接收终端中得到了广泛应用。该气化器由具有双层套管结构的传热管屏组成,具有良好的传热特性。目前对SuperORV传热管的研究较少,对其强化传热机理认识不足,尤其是尚无对超临界压力下SuperORV传热管的传热特性研究。本文针对SuperORV传热管气化段和加热段的传热过程,建立了基于能量平衡方程的分布参数模型。通过上述模型对SuperORV传热管在超临界压力下的传热特性进行了数值计算及分析,并讨论了运行参数以及强化传热措施对其传热特性的影响规律。计算结果表明:SuperORV传热管在超临界压力下具有良好的传热特性,能够有效抑制表面海水结冰并提高LNG气化效率。LNG进口流量、LNG流量分配比、海水/LNG流量比对传热特性(传热管长度、结冰长度和冰层平均厚度等)影响较大,但系统运行压力对其影响较小。采用内翅片和螺旋纽带能够有效强化传热并提高传热管的传热性能。在上述两种强化传热措施同时应用时,传热管最小长度缩短了40%以上。     

基于质量积耗散的膜法除湿组件结构设计

建立了错流中空纤维膜液体除湿组件的二维传热、传质数学模型,引入研究传质过程质量积耗散的湿阻来衡量溶液除湿过程中水分传递的不可逆性。通过分析膜法除湿组件中除湿与传热耦合的湿空气水分传递过程,得到了热湿传递过程中传质的阻力表达式。通过一个典型设计实例,得出了可以降低中空纤维膜除湿组件不可逆传质损失的管长、根数、管间距、排列方式等设计参数。     

波纹板片上降膜吸收过程的传热传质数值仿真

建立了在连续的竖直波纹板上降膜吸收过程的传热传质数学模型,并进行了无因次化处理和仿真数值计算。给出了溶液液膜内流场、温度场、质量分数分布的计算结果,比较了交叉双尺度波纹板片和当量平板上的吸收传热和传质系数随不同溶液喷淋密度的变化结果,显示出前者具有更好的性能,并讨论了波纹节距对传热和传质系数的影响关系。     

高参数小管径内煤油的传热特性研究

本文对酸碱水洗煤油在高热流密度、高流速、高压、小直径圆管条件下进行了试验及理论研究,试验参数为热流密度q=0.8-50 MW/m2、亚临界压力p=2 MPa、超临界压力p=5,15 MPa、质量流速pw=8500-51000 kg/m2·s、圆管内径φ=1.7 mm。通过试验研究,获得了酸碱水洗煤油在亚临界及超临界压力条件下的传热特性、拟沸腾发生的界限条件以及传热恶化时的临界热流密度值及相关影响因素。在对试验结果分析的基础上,建立了临界热流密度关联式,计算结果与试验结果吻合良好。     

高温吸热管内超临界CO2传热特性的数值模拟

研究超临界CO2在高温吸热管内的传热特性是将其应用于聚光太阳能热发电技术中的基础.本文对此进行了数值模拟研究,分析了流体温度、流动方向、系统压力、质量流率和热流密度对对流传热系数和Nu数的影响.结果表明:高温区(800—1050 K)的对流传热系数和Nu数受流动方向和系统压力的影响均很小,但都随着质量流率的增大以及热流密度的减小而明显增大;而随着流体温度的升高,对流传热系数近似线性增大,Nu数则近似线性减小.另外,本文研究发现在高温区可忽略浮升力对传热的影响,而由高热流密度引起的流动加速效应会明显恶化传热.最后,选取了八种管内超临界流体传热关联式与模拟结果进行对比,发现使用基于热物性修正的关联式对高温区传热数据预测的结果优于使用基于无量纲数修正的关联式得到的结果,且其中预测效果最优的关联式得到的计算结果与模拟结果之间的平均绝对相对偏差为8.1%.     

考虑毛细滞后效应的未饱和含湿多孔介质传热和传质理论

毛细滞后是未饱和多孔介质中很重要的特性之一。在许多情况下，毛细滞后现象对介质中传热和传质过程有着显著的影响。本文引入最小梯度概念，用以描述多孔体中毛细水运动滞后的定量行为，进而建立了考虑毛细滞后效应的未饱和含温多孔介质传热和传质的系统理论，为进一步定量研究毛细滞后对传热传质的影响打下了理论基础。     

循环床中气固两相局部传热传质规律的研究

本文对含湿颗粒在循环床中干燥过程的传热传质规律进行了实验研究。本文发展的一种利用双热电偶参考标定法，获得了气、固两相沿床高的局部温度。对气体表观流速，固体循环率，颗粒初始含湿量对传热传质的影响进行了分析和讨论。所获得的循环床中传热传质系数的实验关联式，可供干燥颗粒、造粒、粒面包裹等工业设计参考使用。     

蒸发式冷凝器管外流体流动与传热传质强化

蒸发式冷凝器是一种高效散热设备,能源危机和水环保促进了它的应用.提出了扭曲管强化管外水和空气流动及传热传质,测试了圆管、椭圆管、扭曲管等三种水平管蒸发式冷凝器的流动与传热传质性能,结果表明,扭曲管间为有序的可控制水流,分布均匀,脱落速度快,更易形成柱状流,管表面水膜厚度比现有圆管和椭圆管小;传热传质系数随冷却水喷淋密度及风速的增大而增大,但冷却水喷淋密度增大至一定值后,对传热传质系数基本没有影响;扭曲管的传热传质系数高于椭圆管,特别是圆管,总结了扭曲管传热传质系数经验式.     

浮升力和流动加速对超临界CO2管内流动传热影响

基于单相流体的概念,超临界流体的异常传热行为已经被研究很多年了,但是关于其流动传热机理仍没有统一的认识.本文通过理论分析和实验研究了超临界二氧化碳在竖直管内向上流动过程中,浮升力和流动加速效应对其流动结构和传热过程的影响.结果表明,没有确凿的实验证据表明超临界流体的异常传热行为是浮升力和流动加速直接导致的,存在的估计浮升力和流动加速效应准则均是在常物性流体的基础上,做了大量假设得出的,不同的研究者采用浮升力和流动加速准则分析超临界流体的传热恶化得出的结论不一致.最后,基于拟沸腾理论分析超临界流体的传热恶化过程,提出超临界沸腾数区分了超临界流体正常传热与恶化传热的转换边界,为超临界流体流动传热研究提供新思路,超临界沸腾数对建立用于不同技术的超临界流体动力循环的最佳运行条件具有重要意义.