超临界水在倾斜光管中的传热不均匀特性研究

对超(超)临界压力下水在倾斜光管内的传热特性进行了比较系统的实验研究.实验段管径为φ32×3mm,倾角α=20°;试验压力P=23~34MPa,内壁热负荷q=300~500kW/m2,管内质量流速G=300~2000kg/m2s.得到了不同工况下倾斜光管内壁温和管内换热系数的周向分布及其变化规律,考察了压力、质量流速及热负荷对倾斜光管内壁温度的周向分布的影响,重点分析了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,讨论了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,并与亚临界压力下的对应实验结果进行了比较.     

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.     

超临界压力CO_2水平管内冷却换热机理研究

采用SSTk-ω模型对冷却条件下超临界压力CO_2在水平管内的对流换热进行了数值研究,分析了流体物性、热流密度、直径以及浮升力等对其在拟临界点附近的流动换热特性的影响,并从场协同的角度分析了超临界压力CO_2的传热机理。结果表明:浮力效应使流体在流动截面上出现温度场不对称和二次流现象;下壁面的对流换热系数比上壁面先达到峰值,但换热系数小于上壁面;增大热流密度对换热系数的影响较小但能够使换热系数的峰值向入口段移动;增大热流密度和增大直径能够增强浮力效应对流体换热特性的影响;场协同原理可以解释同一截面处的换热不均匀现象。     

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。     

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。     

超临界流体水平管换热特性可视化研究

为研究超临界压力下水平管径向截面的二次流现象,分析其对流体换热能力的影响机理,优化相关换热器设计,本文采用PIV实验方法,首先分析了水与FC-72物性差别对径向截面二次流流场的影响;然后重点研究了热流密度、质量流速工况参数变化对超临界压力下FC-72的二次流流场的影响规律。实验结果表明:相同工况下低导热系数,高体积膨胀率的工质会增强截面的二次流强度;随着热流密度增加,截面二次流流速增加,二次流涡逐步向截面底部移动;质量流速的提高会削弱加热管顶部流体温度分层的影响,并促进了中心与边壁流体间的掺混,有利于流体换热能力的提高;此外,当截面顶部流体达到临界点,二次流涡与常温工况相比远离壁面并向截面中心靠拢。     

小管径超临界流体传热恶化特性研究

根据IAPWS公布的IF97临界区比容反推方程重新拟合了超临界区域水的拟临界温度计算公式,进一步提高临界区的水和蒸汽物性计算精度。对水平小管径内超临界水的传热恶化特性进行了实验探究,实验结果表明:当平均流体温度小于拟临界温度时,换热系数出现峰值。平均流体与近壁流体的黏度比达到最大值,换热系数达到峰值;密度比达到最大值,传热恶化已经发生,管内进入拟汽相换热区或发生层流化现象。随着热流密度的增大,换热系数峰值越低;换热系数峰值和传热发生恶化的位置都向低焓值区偏移。     

管内超临界压力水的混和对流换热

本文利用FLUENT6.0软件,数值研究了超临界压力下水在光管内作层流流动和换热特性,着重考察了重力引 起的二次流的影响。研究发现垂直管中由于浮力作用,速度曲线不再是抛物线,而成M状,并在壁面附近出现峰值;重 力作用下,物性的剧烈变化在水平管垂直流动方向引起了很强的二次流,从而影响了阻力特性和换热特性。     

球形颗粒在超临界水中自然对流传热特性研究

超临界水流化床反应器可以有效气化湿生物质并且高效产氢。超临界水流化床反应器工作的表观流速比较低,颗粒与流体之间的自然对流换热是主要的传热方式.本文通过Boussiesq模型和真实物性流体模型模拟研究了层流条件下单颗粒与超临界水在拟临界点附近的自然对流换热.由于物性变化的影响,颗粒表面附近呈现高速度梯度、高表面涡量和高温度梯度的现象。临界水导热系数和比热的变化对拟临界区的自然对流传热起主导作用,Grashof数和平均Nusselt数在对数坐标下为线性关系。     

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”.      

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.     

Heat transfer in tubes with periodic draft under supercritical conditions

The temperature mode of a wall was studied experimentally for sub-and supercritical pressures of water in tubes with turbulence stimulators; these data were compared with similar results obtained for a smooth tube. An increase in heat transfer inside a turbulizing tube was revealed for a single-and two-phase water flows. Correlation dependencies for determination of heat transfer coefficient in a single-phase flow inside a tube with turbulence stimulators were obtained.     

细圆管内超临界二氧化碳对流换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在内径为1 mm的竖直细圆管中的对流换热进行了实验研究.分析了流体的热流密度、进口温度、质量流量以及流动方向对超临界压力二氧化碳对流换热的影响.实验研究发现,热流密度、进口温度、质量流量以及浮升力对细圆管内对流换热的影响很大,对流换热系数在准临界温度附近存在峰值.在加热的前半段向上流动的对流换热强于向下流动,在加热的后半段则相反.随着热流密度与质量流量比值的不断增加,向上流动与向下流动对流换热强弱转换的交点不断向流体进口方向推移,并且向上流动的壁面温度出现峰值,发生换热恶化,而向下流动则没有出现换热恶化.     

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%.     

竖直圆管中超临界压力CO2对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在竖直加热圆管内的对流换热进行了实验研究,比较了不同流向、不同热流密度等对流动和换热的影响。实验结果表明,管内径为2mm时,在低进口Re条件下,由于浮升力影响导致层流向湍流提前转变, 对流换热增强;与向上流动相比,向下流动更易由层流转变为湍流;向下流动的换热要强于向上流动,表明浮升力对换热有很大影响。对于管内径为0．27 mm的微细圆管,当进口Re高于104时,浮升力的影响可以忽略,对流换热系数的变化完全由物性的变化尤其是cp的变化导致。     

微细管内超临界二氧化碳冷却换热研究

本文对超临界二氧化碳在微细管内冷却对流换热进行数值模拟研究,分析不同流动方向和管径大小对超临界二氧化碳对流换热的影响,考察管内局部流体温度、管壁温度以及无量纲温度分布的变化。湍流模型采用低雷诺数YS模型。研究表明,在LPV范围比较大的截面,超临界二氧化碳局部换热系数达到最大值,同时管内传热受流动方向和管径的影响均较大。     

竖直细圆管中超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm的竖直细圆管内进行了向上流动的超临界对流换热实验。通过实验发现,质量流量、进口温度对壁面温度分布以及压降有很大影响;并讨论了换热发生增强和恶化的原因;用浮升力和热加速准则解释了其中的一些热流体现象。并基于FLUENT软件进行了数值计算,与实验结果进行比较,分析表明,数值计算预测壁面温度分布和压降有一定的适用性。     

水平螺旋管内超临界CO2冷却换热的数值模拟

采用RNG k-ε 湍流模型对超临界CO₂流体在内径为4 mm, 长度2000 mm, 节距为10 mm, 曲率为0.1的水平螺旋管内的冷却换热进行了数值模拟.研究了质量流量、热流量以及压力对换热系数的影响, 并和超临界CO₂在水平直管内的冷却换热进行了对比.研究结果表明, 超临界CO₂在水平螺旋管内流动产生的二次流强于水平直管内的二次流, 前者的换热系数大于后者; 换热系数随质量流量的增加而增大; 在似气体区, 换热系数随着热流量的增加而增大, 而在似液体区, 热流量对换热系数几乎没有影响; 换热系数峰值点随着压力的升高而下降, 并向高温区偏移.