超临界CO2在烧结多孔圆管中换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在烧结多孔介质的竖直圆管中的对流换热进行了实验研究。分析了入口温度超过准临界温度、颗粒直径为0．2-0．28 mm的多孔圆管中,压力、流量、热流密度以及流动方向对超临界二氧化碳对流换热的影响。结果表明,准临界点附近剧烈变物性的影响使得超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热非常复杂。对流换热随着温度远离准临界温度和热流密度的增加不断减弱;流量对对流换热的影响比较复杂。在准临界温度附近,浮升力对换热有一定的影响。     

润滑油对超临界压力CO_2对流换热特性影响

本文对含有少量润滑油对冷却条件下水平细圆管中超临界压力二氧化碳的对流换热特性进行了实验研究,并与相应不含润滑油的工况及已有经验关联式进行对比。实验结果表明,润滑油会使冷却工况下超临界压力二氧化碳的对流换热恶化,尤其是二氧化碳温度在准临界温度附近时,恶化现象更显著。本文提出了用于计算含润滑油时冷却工况下超临界压力二氧化碳对流换热的经验关联式,其计算结果与90%以上实验数据的偏差在25%以内。     

液态铅铋合金横掠管束对流换热数值计算

直流螺旋管式蒸汽发生器具有结构紧凑和换热系数高等优点,能够进一步提高液态金属反应堆的紧凑性和经济性。此时蒸发器壳侧为液态金属横掠管束流动,而在可查阅文献中专门针对液态金属横掠顺排管束的换热关系式却很有限。本文采用SST k-ω模型和湍流普朗特数模型数值研究了液态铅铋合金横掠顺排管束的流动和换热特征。首先采用前人的实验结果对数值模型进行了验证,模拟结果与努塞尔数实验值偏差小于8%。研究了普朗特数、雷诺数以及管束结构对液态金属横掠顺排管束换热特征的影响。讨论了不同工况下分子热扩散系数和湍流热扩散系数对于换热的贡献以及传热管周向局部换热特征。最后根据计算结果拟合出了液态铅铋合金横掠顺排管束的努塞尔数公式。     

正弦波微通道PCHE中超临界LNG流动换热研究

超临界LNG在正弦波微通道印刷电路板式换热器中流动换热时,因物性在拟临界点附近剧烈变化和涡流剪切作用的影响使流动换热过程更为复杂。采用数值模拟方法研究了在6组振幅模型下不同流量时各节距处Nu数、摩阻因子f、对流换热系数h、压降△P及综合换热性能评价因子PEC的变化规律,并提出面协同角概念来分析局部流动换热机理。结果发现:沿流向Nu数先上升后下降,峰值在拟临界点附近出现;由于湍流强度的增大,△P和h随流量的增大而提高;振幅和流量一定程度的增大有利于综合换热效果提升;相比于直流道,由于涡流剪切作用的增强,流体边界层变薄,速度/温度场协同性与流道曲率(振幅)呈正相关,速度/压力场协同性与流道曲率(振幅)呈负相关。     

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%.     

横掠管束周期性充分发展对流换热的混沌分析

本文利用混沌理论分析了横掠管束周期性充分发展对流换热的非稳定性问题,即通过速度U的时间序列的重构相空间计算出关联维数D2,并通过时间序列分析了该非线性动力系统的功率谱特性。分析结果表明,本文所研究的横掠管束周期性充分发展对流换热系统在所给出的控制参数Re=937.7下出现的非稳定性问题属于混沌现象。系统的整体状态可用奇怪吸引子来描述,当延迟时间选择为5,该时间序列的重构相空间的嵌入维数增至5时,该吸引子的分维数趋于定值1.63。     

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。     

非稳态横掠管束周期性充分发展对流换热的数值模拟

本文采用非稳态数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100以后流场和温度场随时间发生振荡,并且振幅随Re增加而增大;进一步增加Re到一定值后,在管束间会有交替出现的涡。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中的实验关联式基本是吻合的。平均Nusselt数的计算值随流动方向管间距的增加而增加。     

混合长度理论的改进及其在变物性传热中的应用

根据边界层理论,对管内变物性湍流强制对流换热控制方程组进行简化;并通过考虑湍流输运中的密度脉动,对传统的混合长度湍流模型进行改进,使之能同时适用于常物性流动和变物性流动.基于该计算模型,对管内超临界压力水湍流对流换热特性进行了数值模拟.计算结果表明,本文的计算模型能正确地反映出超临界工况下的变物性对流换热特征,换热系数...     

超临界二氧化碳在突扩管中对流换热的流动特性研究

对流动分岔后的超临界二氧化碳在平面对称突扩管中进行强迫对流换热进行了数值模拟,研究了热流密度在流体发生流动分岔现象后流动特性的影响。计算结果表明:随着热流密度的增加,临界雷诺数和转换雷诺数减小,流动稳定性遭到削弱;对应于相同的雷诺数,由于流动分岔引起的不对称压力分布随着热流密度的增加对应于突扩管上、下半部有不同变化规律,这使得对应回流区的大小分别减小和增大。     

垂直上升管内液体横掠流动传热特性研究

本文对单相水和单相油横掠流动时的平均换热特性进行了实验研究,对试验的结果进行了分析和讨论,并对实验数据进行关联,得到了垂直上升管内单相水和单相油横掠流动时的换热准则关系式。结果表明,狭窄空间条件下的液体横掠柱体时的流动换热对液相Re数的依赖,较大空间条件下的流动换热相比明显减小,并对单相水和单相油横掠流动时的换热性能进行了比较。     

超临界CO_2在三叶管内换热特性研究

建立了内径为2 mm的三叶管三维模型,使用ANSYS Fluent软件对超临界二氧化碳在三叶管内的对流换热特性进行了研究,分析了流动方向、进口雷诺数、壁面热流密度和冷却压力等因素对局部换热系数的影响,结果表明:在本文研究的范围内,流动方向对超临界二氧化碳在三叶管内局部换热系数的影响较小,可以忽略,进口雷诺数、壁面热流密度和冷却压力对局部换热系数的影响较大;二氧化碳进口雷诺数越高,对应的局部对流换热系数也越高,壁面热流密度的大小对局部换热系数出现峰值位置有较大影响,对其大小影响不大;超临界二氧化碳冷却压力越高,对应的局部对流换热系数的峰值也越大;局部对流换热系数峰值所对应的温度只与冷却压力下的临界温度有关。     

气体横掠顺排管束流动特性实验研究

螺旋管式换热器换热系数高且结构紧凑，被用于高温气冷堆蒸汽发生器及中间换热器。这类换热器壳侧为有壁面包围的横掠管束流动，而壁面的存在会对横掠管束流动产生一定影响。本文中采用分裂式热膜测量了不同管距管径比(P/D)和不同雷诺数(Re)下横掠顺排管束流动管间和管后的速度分布。讨论了流动充分发展区域P/D、Re对管间和管后时均速度分布的影响。然后分析了P/D、Re对管间和管后雷诺正应力分布的影响。选取Re=35875的结果，从频谱角度分析了产生不同雷诺正应力分布的原因，并比较了P/D对管间速度频谱的影响。     

竖直管内超临界二氧化碳传热研究

本文对超临界压力下二氧化碳在竖直管内的对流换热进行了模拟研究,分析了超临界二氧化碳在临界点附近的物性变化,以及不同进口温度对换热系数的影响和换热系数与(火积)的关系。结果表明,在临界点附近,物性变化非常剧烈,尤其是比热容的变化最为明显;在较大雷诺数下,二氧化碳进口温度对微细管道换热系数的影响较小;不同截面处换热系数和(火积)的变化趋势一致。     

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。     

超临界压力下碳氢燃料在竖直圆管内对流换热实验研究

采用超临界压力碳氢燃料作为冷却剂的再生冷却技术是超声速燃烧冲压发动机的一种重要热防护技术。本文以工程碳氢燃料为工质,在内径2 mm的竖直圆管内进行了不同流向、流量、压力、热流密度条件下的对流换热实验研究。结果表明,在较高进口Re数条件下,相同热流密度时,向上流动和向下流动工况的壁温分布没有明显差别;在较低进口Re条件下,向上流动工况的局部壁温远高于对应向下流动工况,发生传热恶化。研究表明该碳氢燃料的临界Bo*数判据为3×10~(-7)。拟合得到适用于该碳氢燃料的对流换热关联式。     

多孔介质中超临界C O2对流换热数值模拟

本文对超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热进行了数值模拟研究.结果表明,超临界条件下二氧化碳剧烈的变物性对多孔介质中的对流换热会产生很大影响;局部热平衡条件下对流换热系数的数值计算值比局部非热平衡条件下的计算结果大;对流换热系数随着颗粒直径的增大而增大.     

微通道内近临界流体瞬态混合与换热研究

近年来,微尺度条件下功能性流体换热与流动已经成为极具潜力和挑战性的课题,在化工、医药、传热与能源利用等系统中获得广泛应用。超临界CO_2流体作为一种天然替代性环保工质,在相关细微尺度下已证明具有良好的热力学性能。本研究采用了数值计算的方法对近临界CO_2流体在微通道内流动稳定性和换热特性进行了系列的探索。研究发现,在靠近临界点的相对较宽泛的区域内,流体具有强膨胀特性和低热扩散特性,从而在微尺度条件下产生局部旋涡流动,大大促进了微尺度的混合和对流换热效率。进一步,研究针对这种微尺度局部涡动进行了机理分析,获得了微通道内近临界流体瞬态换热和超临界热膨胀效应特性。     

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。     

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.