R-113-空气系膜状凝结放热的实验研究

近年来学术界对蒸汽-不凝性气体物系凝结问题的研究十分重视.认为它是节能和能源技术开发中一项重要的研究课题.在能源(包括火电、制冷、热泵、地热、余热、太阳热及海洋热等)转换系统中,由于系统内残留空气、工质中溶解的空气以及长期运行工作流体受热可能分解出的不凝性气体的存在,将使凝结换热装置的传热性能大幅度下降。本文     

非均匀浓度氟里昂蒸汽-空气物系体积力膜状凝结放热的研究

本文进一步发展了日本学者Hijikata-Mori给出的均匀浓度逆向发展凝结放热模型及其非相似解:提出了非均匀浓度氟里昂蒸汽-空气物系体积力膜状凝结放热模型及其积分数值解;获得了不凝性气体浓度及其分布不均匀性对液膜厚度_l、气膜厚度、气液界面温度_i和局部换热量Q_x等参数的影响规律;利用天津大学凝结放热试验台模拟了一种常见非均匀浓度场(R_(113)-空气).进行了膜状凝结放热实验,其结果与理论解析相比较,具有良好的一致性.     

蒸汽——不凝性气体物系水平管外自然对流膜状凝结换热的研究

本文作者提出了蒸汽-不凝性气体物系水平管外逆向发展的自然对流膜状凝结换热模型。以R113-空气为例,导出了气膜、液膜特性与换热规律性,同时利用天津大学凝结换热实验台,对理论解析结果进行了多种浓度工况的模拟实验验证。     

一种新的丙烯制冷系统不凝气体排除方法研究

不凝性气体会增加一般蒸汽压缩式制冷系统功耗,削弱系统换热器换热性能,首先介绍了制冷系统不凝性气体的危害及其排除方法研究现状,以煤化工流程中常用的丙烯制冷系统为例,分析了不凝性气体的产生、分布以及对制冷系统的影响;针对丙烯系统不凝性气体的有效排除,通过二元混合气体的分凝分离原理,设计了一种有效分离不凝性气体并回收丙烯的的分离流程。通过不同工况的仿真模拟,发现该流程明显减少了不凝性气体排放过程中的丙烯流失量,展现了良好的节能减排效果。     

不凝气体对R123凝结换热的影响

对氟利昂 R123 在水平单管外的凝结换热性能进行了试验研究,试验管为光管和五根强化管.目的是获得不凝气体对 R123 蒸气凝结时最佳肋密度的影响.试验结果表明:光管管外 Nusselt 理论值与实验数据偏差在±5%以内.对于含 8%不凝气体的 R123 在低肋管外的凝结换热,在肋密度为 1475 翅/米时可以获得最佳的换热性能.含不凝气体的 R123凝结换热系数显著下降,其管外换热系数约为纯蒸气的 20%～25%.随着肋密度的减小,不凝气体对凝结换热的影响逐渐减弱,但其最佳肋间隙仍保持不变,均为 0.32 mm.     

低不凝性气体含量下水平螺旋扁管管束中的沸腾换热实验研究

以汽油和空气为工质,在低质量含气率的条件下,对导程分别为100 mm和150 mm的螺旋扁管管束外的沸腾换热进行了实验研究。得到了沸腾换热系数随质量含气率变化的基本规律。在不凝性气体含量较低的情况下沸腾换热系数随质量含气率的增加而增加;当继续增加不凝性气体时,沸腾换热系数受到了一定的抑制。采用渐进逼近模型给出了低含气率条件下的沸腾换热系数准则方程。将用准则方程计算的三种流量下的两相沸腾换热系数与实验处理值进行比较,误差均在6%以内。     

R_(11)/R_(113)非共沸混合工质竖管内膜状凝结换热的研究

采用非共沸混合工质组成具有变温蒸发和冷凝过程热转换循环的热力学效果和节能潜力,已在能源界引起愈来愈大的兴趣。本文选择尚未研究过的R_(11)/R_(113)非共沸混合工质对竖管内全凝结换热过程进行了实验研究,通过微分方程组的无因次分析,导出了竖管内二元非共沸混合工质膜状凝结换热的特征量;对影响换热的因素和机理进行了分析探讨;提出了一个适用于各种组分R_(11)/R_(113)物系混合蒸汽凝结换热的通用准则方程。     

载气汽油在水平螺旋扁管管束中的沸腾换热

以汽油-空气为介质,在不凝性气体质量含量不超过5%时,对导程为200mm的螺旋扁管管束中的沸腾换热进行了实验研究,分析了沸腾换热系数随两相质量流量的变化规律以及流动压降随空气流量的变化规律。得到了相应条件下,载气汽油在该导程的螺旋扁管管束中的沸腾换热实验关联式。     

液氮热管过冷器的设计及分析

过冷器是高温超导电缆(HTS)低温冷却系统的关键设备之一。文中对一种以液氮为工质的新型过冷器-热管过冷器进行了设计计算,并与传统的盘管过冷器作了对比,结果表明热管过冷器能大大减少换热面积,在设计换热量为900W的情况下,热管型过冷换热器所需传热面积仅为盘管型的1/5,热管型冷头换热器面积为盘管型的1/3。并针对热管过冷器分析了不凝性气体对其冷凝段传热效率的影响,结果表明随着不凝性气体浓度逐渐增加,冷凝段换热效率开始时急剧减小,后逐渐趋于平缓。在不凝性气体浓度不变的情况下,提高热管过冷器的工作温度,或减小冷凝段的冷凝温差,都能有效提高冷凝段传热效率;在冷凝段分析的基础上,计算和分析了不凝性气体对整个热管过冷器系统的影响,结果表明随着不凝性气体浓度的升高,热管过冷器的换热量减小,同时工作温度升高,且这两者的变化在不凝性气体浓度较小时较剧烈,较大时较平缓。     

流速对混合蒸汽Marangoni凝结换热影响的实验研究

本文在蒸汽压力为47.36 kPa的条件下,通过实验研究了不同蒸汽流速(u=2、4、5 m/s)下纯水和不同酒精浓度水-酒精混合蒸汽沿重力方向流过竖直紫铜平板表面上的凝结换热特性,并实现了实验的可视化,同时分析了不同蒸汽流速下造成Marangoni凝结换热特性差异的原因.实验及分析结果表明,在相同蒸汽浓度、蒸汽压力和表面过冷度条件下,高流速下的凝结换热系数比低流速的大.且蒸汽流速对凝结换热的影响因混合蒸汽酒精浓度的不同而不同,低浓度0.5%和高浓度50%时流速的增加对凝结换热特性的影响较小,而在中间浓度2%时凝结换热强度随流速的增加明显.     

超音速蒸汽浸没射流凝结换热的实验研究

针对入口压力为0.20～0.50 MPa的饱和蒸汽在20～70℃过冷水中超音速浸没射流凝结换热进行了实验研究.结果表明入口蒸汽压力和过冷水温度是影响汽羽形状的主要因素.分子动力学理论得到的凝结换热系数在0.16～1.91 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加而增加;湍流强度理论得到的凝结换热系数在0.68～1.68 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加基本不变;对流换热理论得到的凝结换热系数在1.47～2.11 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加先增大后减小.     

PMMA低温表面液滴凝结过程的实验研究

为了解不同温度下有机玻璃(PMMA)表面蒸汽凝结相变、液滴生长以及传热的过程,对有机玻璃表面的液滴冷凝过程进行了可视化实验观测,将液滴的凝结形态、面积率、接触角及尺寸变化等参数进行了分析并绘制出变化曲线,发现蒸汽在有机玻璃表面凝结时可形成颗粒分明的珠状液滴,凝结时间越长液滴直径越大;底板温度越低,面积率越大,接触角越大。控制以上变量可以有效改善蒸汽凝结效果,有利于提高热量传递效率,为液滴相变(汽-液)特性和换热表面结霜除霜技术提供理论支持。     

水平三维肋管管外凝结换热实验与分析(I实验研究)

本文对不同饱和蒸汽温度下R11在水平Thermoexcel-C管的管外凝结换热性能进行了实验研究。实验结果表明:随着饱和蒸汽温度的提高,C管的凝结换热系数下降。C管凝结换热强化的主要机理在于孤立三维齿结构增大了表面张力减薄凝结表面液膜厚度的作用,而C管凝液淹没区小于相同肋间距的低肋管,且在淹没区内的凝结换热大于低肋管。     

微圆管内环状流凝结换热特性的数值模拟

本文提出了微圆管内环状流凝结换热的分析模型,考虑了重力、汽液界面剪切力、表面张力以及界面凝结热阻的作用。文中主要研究凝结换热过程中重力、入口蒸汽Re数及外壁面温度的影响。模拟的结果表明,重力对微圆管流动凝结换热的影响非常小,可被忽略;凝结液的排除主要依赖于汽液界面的剪切应力作用,使Nu随蒸汽进口Re数的增加而明显增大;冷却外壁面的温度对凝结换热也具有一定的影响, Nu将随外壁面温度的降低而增大。     

载气汽油蒸汽在水平圆管内的冷凝

研究了空气质量含量在2%~13%,汽油蒸汽和空气的混合气体在水平管内的冷凝换热。并分析了不凝气体质量分数对管内冷凝换热的影响规律。得到Co随Re变化的冷凝换热系数的实验关联式。     

单孔蒸汽射流冲击平板换热的数值研究

对充分发展的过热蒸汽湍流射流冲击平板的流动和换热进行了数值研究,分析了射流温度和射流雷诺数对蒸汽射流冲击换热的影响,并与空气射流冲击换热进行了比较。通过AKN k-ε、V2F和SST k-ω三种湍流模型计算结果的对比可知,SSTk-ω模型模拟冲击射流流动和换热的效果最好。研究表明:在相同条件下蒸汽的冲击换热能力强于空气;射流温度的变化对空气的冲击换热基本没有影响,但是对蒸汽有较大影响;射流雷诺数越大,则蒸汽冲击射流的换热越强。     

蒸汽压力对Marangoni凝结换热特性的影响

本文研究了蒸汽压力对水-酒精混合蒸汽竖直平板表面凝结换热特性的影响．搭建了具有高气密性的Marangoni凝结换热实验台,分别针对不同压力(31．16 kPa,47．36 kPa,84．53 kPa)、不同表面过冷度(表面过冷度范围2-32℃)的纯水、水-酒精混合液(气相酒精质量百分比浓度为2．28％,5．1％,51％)和酒精进行了换热特性的实验研究,实验结果表明混合蒸汽在相同流速和浓度下凝结表面传热系数随压力的升高而升高,分析认为这是因为相平衡压力的提高会导致凝结液量增加和凝结液平均温度提高,而使凝结汽液界面的表面张力提高,进一步增强了Marangoni效应的影响,从而使凝结表面传热得到加强．     

蒸汽流速对竖直管外Marangoni凝结换热特性影响的实验研究

本文在不同蒸汽流速下对水-酒精混合蒸汽在竖直管外Marangoni凝结换热特性进行了实验研究.结果表明:在相同蒸汽压力下,混合蒸汽在竖直管外凝结换热系数随蒸汽流速的增加而增加.当蒸汽酒精浓度较低时(1%、2%、5%),凝结换热系数随流速的增加而明显增加.当蒸汽酒精浓度较高时(20%、50%),流速的增加对凝结换热系数影响较小.这主要是由于蒸汽流速在低酒精浓度下对凝结扩散层热阻的影响大于在高酒精浓度下对扩散层热阻的影响.     

一种控温热管理器的实验研究

本文针对余热利用中既需控制热源温度又需要对热量输入/输出进行管理的场合,提出了热管理器的概念.在运行过程中,热管理器可以实现对热源温度的控制,并根据各个用热对象的级别及工况,通过不凝性气体体积的变化,自动实现对热量输出的分配.为了验证热管理器的可行性,本文建立了实验样机及系统.实验结果表明,加热功率从6.0kW上升至14.0 kW,工质蒸汽温度的变化幅度仅为0.7℃.工质蒸汽/不凝性气体的交界面起到了良好的"热开关"作用.从热源回收的热量,按照优先级顺序依次分配给各个热用户.     

水和酒精Marangoni凝结换热特性研究

本文首先构造了一个在常温水冷却时,纯水蒸汽凝结时表面温度差可以达到11℃的黄铜试件。利用该试件在蒸汽流速为0.3m/s时,进行了不同浓度水-酒精混合蒸汽以及纯水蒸汽的凝结换热特性和凝结状态的实验研究。实验结果表明:由于凝结表面存在温度差,水-酒精混合蒸汽出现珠状凝结,凝结换热系数最大可以达到纯水蒸汽凝结的2.8倍;混合蒸汽凝结换热系数随表面过冷度减小而增加,并在较小过冷度时出现陡增;凝结换热量随表面过冷度增加存在最大值;观察得出了不同表面过冷度下不同酒精浓度时的凝结状态。