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。     

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.     

超临界甲烷及含氢甲烷在水平圆管内冷却换热的数值模拟

在超临界甲烷及含氢甲烷的冷却换热研究中,由于其截面上温度的不均匀性导致物性的不均匀,从而影响其流动及换热,这些现象在实验中很难发现,计算机数值模拟为此提供给了便利。文中应用标准k-ε湍流模型对超临界气体在水平圆管内的冷却传热进行了数值模拟,研究了质量通量、热流密度、入口压力以及氢气含量对传热系数的影响。结果表明,换热系数随质量通量的增大而增大,随热流密度变化不明显,随入口压力的增大而减小,氢气含量增大时对流换热系数的峰值往低温方向移动。     

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。     

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。     

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。     

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。     

螺旋管内超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm曲率为0.057的螺旋管内进行了超临界氮的对流换热实验,研究探讨了螺旋管入口温度、壁面热流密度对沿程壁面温度分布以及平均换热系数的影响,与前人关于螺旋管内常规流体流动换热的平均Nu的经验关系式进行了比较。并基于FLUENT软件进行了数值计算,并与实验结果进行了比较。分析表明,数值计算对壁面温度的预测有一定的适用性。     

堆积多孔介质中流动沸腾换热的实验研究

为了研究堆积多孔介质中流动沸腾换热特性,以横截面积为10 mm×10 mm、长100mm的铜管中充满直径为0.4～1.0 mm、孔隙率为0.31～0.37的钢珠的多孔介质为对象,对水在流过此多孔介质时沸腾换热现象进行了研究,获得了流速、热流密度、粒径和加热方位等对换热性能影响的规律:随着流速的增大,沸腾换热系数增大;随着热流密度增大,沸腾换热系数降低;随着热流密度的变化,小颗粒多孔介质的壁面过热度的变化量比大颗粒多孔介质要大得多;从下表面加热比从上表面加热的壁面过热度要低,约2～3 K,更有利于沸腾换热。     

超临界CO_2在内螺纹管内换热特性研究

建立了外径为3 mm的内螺纹管三维实体模型,使用Fluent软件研究了在不同的进口雷诺数和操作压力下超临界二氧化碳在水平内螺纹管内的流动与传热特性。研究表明:不同截面局部换热系数和相同流体局部平均温度下的局部换热系数均随着冷却压力的增大而增大;相同流体局部平均温度下的局部换热系数随着进口雷诺数的增加而增大;不同冷却压力和进口雷诺数下,流体局部平均温度越接近超临界二氧化碳的临界点温度,局部换热系数也就越大。     

圆管内潜热型功能流体对流换热的实验研究

本文实验研究了由正十四烷和尿素甲醛树脂制成的相变微胶囊和水混合组成的潜热型功能流体流过等热流圆管时的对流换热特性。相变微胶囊的加入可以显著增强流体与壁面间的对流换热,显著降低壁面温度和流体温度;在融化段对流换热系数呈增加分布,流体和壁面温度各自基本稳定在相应的温度值。强化对流换热的效果主要在融化段,并随流体中相变微胶囊浓度的增大而增强,也随R-eynolds数的增大而增强。     

边界条件局部变化对二维发汗冷却的影响

本文通过对发汗冷却的多孔区域进行二维非热平衡数值模拟,研究了多孔介质区域进口处对流换热系数、冷却剂流量局部降低以及多孔介质受热表面热流密度局部增大对青铜、陶瓷两种不同多孔材料的温度场的影响。计算结果表明,冷却剂在进口处与多孔壁面对流换热系数的增大使多孔介质内部趋向于热平衡;热端壁面对流换热系数、冷却剂流量的局部变化对陶瓷多孔壁面在该局部区域的影响要大于青铜多孔壁面,但青铜多孔壁面受影响的区域更大,而冷却剂流量的局部降低对两种材料固体、流体间温差的影响程度基本一致。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

竖直细圆管中超临界CO_2对流换热实验研究

本文对超临界二氧化碳在竖直细圆管中的对流换热进行了实验研究,研究了入口温度、流体流量、热流密度及浮升力等对换热的影响。结果表明,超临界压力条件下流体的进口温度、流量和热流密度对对流换热有很大的影响。当流量比较大而热流密度比较低时,物性的变化相对较弱,计算结果与实验数据基本吻合;而当流量比较小而热流密度比较高时,物性的变化相当剧烈,计算结果与实验数据有很大差异。     

超临界R134a水平圆管内冷却换热模拟研究

采用增强壁面函数的标准k-ε模型对超临界R134a水平圆管内冷却换热进行了模拟研究.分析了管内不同截面上流体温度、速度和湍动能的分布情况及对应关系。研究了质量流量和浮升力对换热系数的影响。结果表明,流体速度随着温度的降低而减小,并且最大速度处对应着最高温度和最小湍动能.换热系数随着质量流量的增加而增大,其峰值出现在准临界温度附近。浮升力在似液体区的影响较大,对流体换热起到增强的效果。     

极限重力下冲压发动机再生冷却中燃油流动及传热特性研究

为了了解重力水平对超燃冲压发动机再生冷却中航空燃油流动及传热特性的影响,本文采用有限容积法对不同重力水平下水平圆管内RP-3航空煤油的流动和传热进行三维数值模拟。水平圆管内径为1.8 mm,壁厚为0.2 mm,长为300 mm,管内工质为RP-3航空煤油,管壁受到q=400 kW/m~2的均匀热流密度加热。研究结果表明,根据重力水平的不同可将二次流流型沿管长的变化归纳为3种流型演变规律。0g时截面流型由入口段的汇流发展为源流,最终再次变为汇流;当重力水平增加至0.1g时,在管道轴线上方出现涡状流动,涡胞中心沿管长方向逐渐向下移动,最终流型转变为汇流;当重力水平增加至0.3g时,涡状流动涡胞中心位于管道轴线下方,沿着管长方向快速上移至轴线上方,最终发展至管道轴线下方。随着重力水平的增大,水平圆管轴线上方流体的湍动能逐渐增大,而轴线下方流体的湍动能却逐渐减小。流体湍动能受浮升力效应诱导二次流影响呈非对称分布。重力水平的增大能强化下管壁附近的对流换热,而抑制上管壁附近的对流换热,在上壁面出现了传热恶化现象。管壁平均对流换热系数会随重力水平的增大而增大。     

微通道内给定壁面热流的气体换热研究

本文利用实施给定热流边界条件的DSMC方法,对短通道内给定壁面热流边界条件下的气体换热情况进行了模拟.结果表明,壁面热流密度增大导致通道内压力分布非线性程度增加.随着热流密度的增大,截面速度分布趋于平缓,滑移速度增大.给定热流密度的通道壁面温度与气流截面平均温度的差值沿程增大,温度梯度沿程下降,气体稀薄性增大时,通道换热减弱.     

螺旋管内超临界CO_2/DME混合工质冷却换热特性研究

CO_2/DME(Dimethyl ether二甲醚)混合工质作为制冷剂既可以降低CO_2单独使用时过高的工作压力,又可抑制二甲醚的可燃性。针对跨临界热泵系统中制冷剂在超临界压力下放热时复杂的传热性能,本文对超临界CO_2/DME混合工质和超临界CO_2在螺旋管内流动冷却的换热过程进行了数值模拟研究。结果表明,与纯CO_2相比,在高温区CO_2/DME混合工质的换热性能更优;通过比较不同配比的CO_2/DME混合工质的换热特性,得到了不同温度范围对应的换热性能最优的CO_2/DME混合工质配比。此外,对固定质量比的CO_2/DME混合工质,分别分析了不同质量流速和热流密度下的流体温度、壁面温度及传热系数的变化规律,并与纯CO_2传热系数的变化进行了对比。该研究为制冷剂选取及热泵系统中气冷器的优化设计提供了理论依据。     

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%.