超临界压力煤油传热不稳定实验研究

在压力2.5~4 MPa, 质量流量0.7~1.7g/s, 入口温度20~250 ℃的实验条件下, 对煤油在内径1 mm, 长度300 mm竖直上升圆管中的流动及传热不稳定现象进行了实验研究.结果表明, 当热流密度增大到一定程度后, 传热不稳定开始发生.不稳定发生的起始热流密度随压力和流量的增加而增大, 随入口油温的升高而减小, 且当入口油温升高到一定程度后无不稳定现象发生.不稳定发生的初始时刻, 出口油温迅速增加, 管道壁温明显下降, 传热系数增大; 实验段局部流速增大, 进而在管道内部形成压力脉动并产生声音.不稳定结束后, 出口油温几乎保持不变, 壁温会缓慢增加, 直至下一次不稳定发生.      

超临界压力下RP-3在细圆管内对流换热实验研究

对超临界压力下RP-3在竖直细圆管内对流换热进行了实验研究。分析了变物性,浮升力、热加速等对流动换热的影响,并对已有关联式进行了修正。结果表明:在入口雷诺数4500的实验中,流动换热主要受变物性的影响,浮升力和热加速对流动换热的影响可忽略;在入口雷诺数为2500的实验中,在向上流动和高热流密度时,浮升力引起传热恶化,换热系数明显降低。     

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。     

超临界压力航空燃料热声不稳定流动实验研究

对竖直圆管内超临界压力航空煤油的热声不稳定流动进行了实验研究。考察了不稳定流动工况壁温的振荡特征和发展过程,分析了运行参数对不稳定流动的影响机制,获得了不稳定流动的边界,实现了临界热流密度的预测,弥补了对其发展过程和边界预测研究的不足。结果表明:高热流密度下通道内煤油依次经历三种拟沸腾流动不稳定过程.振荡声响分为三类,基本处于低频范围。根据临界热流密度随质量流量、进口温度和进口压力的变化规律,通过无量纲化建立了不稳定流动的起始预测准则。     

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。     

竖直圆管中超临界压力CO2在低雷诺数下对流换热研究

本文对竖直圆管中超临界压力二氧化碳在低雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究和数值模拟。实验中分析了不同入口温度、热流密度以及流动方向等对超临界CO2流动和换热的影响。实验结果与计算结果的比较表明:在热流密度较小的情况下实验结果与数值计算结果基本吻合;而在热流密度较大的情况下,由于浮升力的影响,流动可能提前从层流转变为湍流,使换热强化。     

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。     

超临界压力下正癸烷在微细圆管内对流换热实验研究

本文对超临界压力下正癸烷在内径为0.95 mm和2 mm竖直微细圆管内对流换热进行了实验研究.入口压力p_(in)=3 MPa和入口雷诺数Re_(in)=4000时,分析了管径、变物性、浮升力和加速对对流换热的影响.结果表明:在所研究的工况范围内,对于0.95 mm内径圆管,浮升力和加速对换热的影响可忽略,对流换热主要受变物性的影响;而对于2mm内径圆管,在高热流密度时,浮升力对正癸烷的对流换热影响很大,向上流动时引起换热恶化,向下流动时引起换热强化,加速对流动换热的影响可忽略.     

亚临界压力区垂直上升管内传热特性实验研究

本文开展了亚临界压力下垂直上升内螺纹管中水的传热特性的实验研究,并与对应条件下光管内水的传热特性进行了对比、分析.结果发现:内螺纹管和光管中两相饱和流动沸腾换热随热流密度的增加或压力的升高而增大,基本不随质量流速的变化而变化;相同工况下内螺纹管的饱和沸腾换热系数大约为光管的1.1～1.2倍。内螺纹管和光管的过冷沸腾起始干度都随质量流速的减小或者压力的升高或者热流密度的增大而增大;在相同工况下本文实验内螺纹管中的过冷沸腾起始干度比光管中的要小至少0.2。光管中主要发生偏离核态沸腾(DNB),临界干度随热流密度的减小或质量流速的增加或压力的降低而增大;内螺纹管中主要发生烧干,运行参数对临界干度的影响不大。     

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。     

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。     

喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却性能的影响

为了满足大功率激光器件高热流密度及低表面温度的冷却需求,以R22为冷却工质,实验研究了在闭式系统中改变喷雾腔压力及喷嘴孔径对相变喷雾冷却中临界热流密度、冷却温度等冷却性能的影响,实验结果表明:在喷雾入口压力为0.8 MPa,喷雾高度为22 mm,入口温度为-3 ℃的实验条件下,当喷雾腔压力在0.2~0.4 MPa范围内变化时,随着喷雾腔压力的升高,临界热流密度值（CHF）先增大后减小,存在最优的临界热流密度,冷却壁面温度随着喷雾腔压力的升高而上升;当改变喷嘴孔径时,CHF存在最优值,过小及过大的孔径均会影响喷雾冷却性能;当喷嘴孔径为 0.4 mm,喷雾腔压力为0.34 MPa时, CHF值最高,为276.1 Wcm-2,其对应的被冷却表面温度为26.8 ℃,表面换热系数为 66 640 Wm-2K-1。     

R1336mzz闪蒸喷雾冷却传热特性的实验研究

闪蒸喷雾冷却是高热流密度电子器件有效的散热技术之一。本研究采用新型工质R1336mzz,建立了一个闭式闪蒸喷雾冷却实验平台,研究了喷雾流量和入口温度等影响因素对其传热特性的影响。实验结果表明,闪蒸喷雾冷却的传热性能随流量的增加先增大后减小,在流量为1.4 L/min时,获得最佳的传热性能,临界热流密度最高可达349 W/cm²。较高的入口温度能够改善传热性能,这是因为高入口温度有助于提高闪蒸雾化效果,产生更多细小液滴,大大提高了闪蒸喷雾冷却系统的传热性能。     

伴随水力空化现象的对流换热数值研究

以水为介质,建立了液体流动的混合物多相流模型及空化模型,运用CFD方法对水平圆管内伴随有水力空化现象的受迫对流换热过程进行了数值研究,详细分析了管道入口压力、入口温度和限流孔与管道直径比等因素对水力空化及对流换热过程的影响规律。数值模拟结果表明,空化现象出现在圆管喉部(限流孔)壁面附近区域;与相同流量下无空化时的传热相比,在发生空化现象的区域,传热壁面被蒸汽所覆盖导致传热急剧恶化,而在远离空化发生区域的下游位置,由于空化的扰流作用使得加热壁面与流体之间的传热得到明显改善。     

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。     

环路热虹吸管间歇沸腾可视化实验研究

针对两相环路热虹吸管中出现的间歇沸腾不稳定现象,分别以R134a、水和无水乙醇作为工质,通过流场可视化实验观测,探究了间歇沸腾出现的条件及其对环路传热特性的影响。实验结果表明,在中等充液率和中等加热热流密度条件下更容易发生间歇沸腾现象;流型的周期性变化引起环路内部压力和温度波动,同时会增加环路的均温性;流型变化和波动特性因工质不同而有所差别,水作为工质时,波动周期更长,流型变化及压力波动更复杂。     

微尺度平行多通道内制冷剂流动沸腾压降特性

在热流密度3.54 W·cm~(-2)到40.7 W·cm~(-2),雷诺数由278到6502,出口干度0到1的工况范围内对R134a在微尺度单通道和多通道内流动沸腾压降特性进行了可视化实验研究。在相同工况时,单通道压降小于多通道压降;随热流密度和出口干度的增加,多通道压降增长范围小于单通道压降增长范围,通过可视观察,多通道内流动沸腾不稳定流动现象较单通道更为明显,并且多通道平均压降和实时压降波动范围更大。结合可视实验观察,多通道内压降高于单通道压降的主要原因为不稳定流动现象造成,并对产生不稳定流动的因素和造成压降升高的原因进行了分析。     

超临界压力RP-3起始加热段传热恶化数值研究

使用开源流体动力学程序库OpenFOAM对竖直圆管内超临界压力RP-3对流传热进行数值模拟,研究重点为起始加热段的传热恶化现象。本文选择k-ε-v~2-f和k-ωSST两种低Re数湍流模型进行计算并与实验数据进行对比,讨论了两种模型对于高壁面热流条件下传热恶化现象的预测能力.通过对流场及温度场的分析对起始加热段传热恶化现象给出机理解释,最后考察了变物性及浮升力的影响。结果表明:k-ωSST模型无法模拟传热恶化;k-ε-v~2-f模型能够定性描述起始加热段内壁温的迅速升高。由流体密度变化及重力引起的浮升力作用是导致起始加热段传热恶化的重要原因。     

补偿腔支路对环路热管传热性能影响的实验研究

在环路热管系统工作中,存在因补偿腔温度过高而造成的蒸发器烧干现象。在常规环路热管系统中设计了补偿腔支路,以带走热源向补偿腔传递的径向热量,并对设计的环路热管系统进行实验测试,分析补偿腔支路对环路热管传热特性的影响。实验结果表明:补偿腔支路开启后,在热流密度14 W/cm²时,系统稳定启动所需时间从4 min减少到3 min,表明系统稳定启动所需时间减小,有利于快速启动;在热流密度18 W/cm²下,对应的壁面温度从88.2℃降至85.4℃,系统热阻从0.56 K/W减小到了0.49 K/W,表明系统所能承受的最大热流密度更大,系统热阻也更低,因此系统的传热性能更好。