螺旋管内高压汽水两相流动沸腾干涸点的研究

在较宽的实验参数范围内(系统压力P=8～15 MPa,质量流速G=800～1800 kg·m~(-2)·s~(-1),壁面热流密度q_w=200～950 kW·m~(-2))对一立式螺旋管内(管内径为10 mm,螺旋直径为300 mm,节距为50 mm)汽水两相流动沸腾干涸特性进行了实验研究。通过研究,获得了干涸发生时螺旋管圈壁温的分布特征以及压力、质量流速和壁面热流密度这三个参数对临界干度的影响规律。同时在实验数据的基础上,提出了一个适用于计算螺旋管内高压高含汽率工况下汽水两相流临界干度的经验关系式。     

R134a卧式螺旋管内沸腾流型与阻力特性实验研究

在蒸发温度为5～15℃,热流密度范围为5～20 kW·m~(-2),工质质量流速变化范围为50～500kg·m~(-2)·s~(-1)和干度范围为0.01～0.9的条件下,对R134a在卧式螺旋管内的流动沸腾流型及阻力特性进行了实验研究。利用可视化技术对R134a在卧式螺旋管内的流动沸腾流型进行了观察分析,发现了两种新流型,对卧式螺旋管的上升段和下降段分别建立了流型图。获得了阻力特性的基础数据,通过对实验数据回归分析,发展了摩擦阻力系数计算关联式。     

螺旋管内汽水两相流摩擦阻力特性实验研究

在宽广的实验参数范围内(压力p=8～21 MPa,质量流速G=1200～4000 kg·m~(-2)·s~(-1),壁面热流密度q=0～1000 kW·m~(-2))对立式螺旋管内汽水两相流摩擦阻力特性进行了实验研究。实验段由内径为10 mm的不锈钢管弯制而成,其螺旋直径为301mm,节距为49 mm。通过研究,获得了压力、干度、质量流速及热流密度等参数对汽水两相摩擦阻力的影响规律;并在实验数据的基础上,采用Chisholm的B系数法,给出了一个适用于螺旋管高压高质量流速工况汽水两相摩擦阻力的计算关系式。     

烧结型涂层管内R410A流动沸腾换热实验研究

文实验研究了制冷剂R410A在长1.3 m,内径4 mm的不锈钢光管和不锈钢烧结多孔涂层管内的流动沸腾换热与压降特性。实验饱和温度为10℃,进出口干度变化范围从0.1至0.9,质量流速变化范围为270～620 kg·m~(-2)·s~(-1)。实验结果表明:在进出口干度固定在0.1和0.9的工况下,烧结涂层管的流动沸腾换热系数随着质量流速的增加而降低,但是光管的1.2至1.5倍;分别固定质量流速为350和450 kg·m~(-2)·s~(-1),进出口干度差值维持在0.2时,烧结涂层管和光管的换热系数均随着干度增加先增加后急剧下降。在此工况下,烧结涂层管的流动沸腾综合强化效果是光管的2.11至3.58倍,并在高干度区域达到最大值。     

超临界锅炉螺旋管圈水冷壁传热特性的研究

本文在全周均匀加热和侧面半周加热的条件下,对600 MW超临界变压运行直流锅炉螺旋管圈水冷壁φ32×2mm不锈钢管,在倾角α=20°时的传热特性进行了试验研究。试验参数的范围为:压力: p=13~30 MPa,质量流速G=600~1200 kg/m2·s,内壁热负荷q=200~600 kW/m2。半周加热时最大热负荷与最小热负荷之比qmax/gmin为4.2,最大热负荷与平均热负荷之比qmax/gini为1.6。试验得出了在不同条件下的壁温分布,发生传热恶化的临界干度、壁温飞升和最小传热系数,比较了半周加热与全周加热的区别,为超临界锅炉设计提供参考。     

水平管内乙烷饱和流动沸腾传热实验研究

本文对乙烷在内径为8 mm的水平管内进行了饱和流动沸腾传热特性的实验测量。实验测量的压力范围为0.35～0.57 MPa,热流范围为13.2～65.9 kW·m~(-2),流量范围为55.3～92.2 kg·m~(-2)·s~(-1),并系统分析了质量流量、热流密度、含气率对饱和流动沸腾传热系数的影响。最后将实验结果同九种关联式进行了比较,渐进模型的两种关联式和增强模型的两种关联式计算结果较好,平均偏差都小于15%。     

高质量流速下立式螺旋管内汽液两相传热特性研究

对高质量流速下立式螺旋管内高压汽液两相流沸腾传热特性进行了试验研究,参数范围为:系统压力8.0～15.0MPa;质量流速2500～4000kg/m2s;壁面热流密度200～1000kW/m2;实验段为Φ14的不锈钢管弯制而成的螺旋管直径比为D/d=30.1的管圈,总长为2.335m,考察了热流密度和质量流速对两相传热的影响,分析核态沸腾和两相强制对流沸腾机理在螺旋管内两相传热中所起的作用,得到了局部传热系数的分布特性和平均传热系数计算关联式,首次发现高质量流速区域内螺旋管内汽液两相传热效果亦趋近于相同条件下直管内的换热系数,并对已有的结论进行了分类比较分析.     

水蒸气在竖直微细管外凝结传热特性研究

针对不同压力和不同流速下的饱和水蒸气在竖直微细圆管(内外径分别为0.571 mm和0.793 mm)外的凝结传热特性分别进行了实验研究,分析了蒸气压力和蒸气流速对凝结传热特性的影响。实验结果表明,凝结传热表面传热系数随着蒸气流速的增加而增加,在较高的蒸气压力下增加的更明显,且大于相同实验条件下的Nusselt理论分析解。在蒸气流速为2 m·s~(-1)时,凝结传热系数随压力的变化不大;在4 m·s~(-1)和6 m·s~(-1)时,随着蒸气压力的升高,凝结表面传热系数明显增大。     

迎面风速和喷淋密度对蒸发式冷凝机组的影响

迎面风速和喷淋密度会影响蒸发式冷凝器的传热传质效率。本文搭建了R404A制冷系统实验台,测试了不同的迎面风速和喷淋密度下系统的冷凝压力、制冷量和能效比,并对数据进行了分析。结果表明:对于蒸发式冷凝器制冷机组,喷淋密度的控制较迎面风速更为重要;机组存在最佳迎面风速(3.1～3.3 m·s-1),在迎面风速增加到最佳值之前,风速每增加1 m·s~(-1),EER增加0.3～0.37,当迎面风速超过最佳值后,管外水膜将遭到破坏,蒸发式冷凝器的换热性能趋于稳定,因此冷凝压力和制冷量趋于稳定;最佳喷淋密度为0.057 kg·m~(-1)·s~(-1),在喷淋密度增加到最佳值之前,喷淋密度每增加0.01 kg·m~(-1).s~(-1),EER增加0.27～0.31,当喷淋密度超过最佳值后,管外水膜变厚,水膜热阻增加,蒸发式冷凝器的换热性能减弱,因此冷凝压力升高明显,制冷量下降明显。     

微细通道内非共沸工质流动沸腾换热实验研究

本文实验研究了非共沸混合制冷剂R134a/R245fa(质量比为0.7/0.3)在长度为45 mm、65 mm的平行微通道内的流动沸腾特性。微通道由30个截面为0.5 mm×0.5 mm矩形微通道组成。得到了质量流速在542.22～995.56kg·m~(-2)·s~(-1)、热流密度在4.9～100.2 W·cm~(-2)时的流动沸腾传热系数,并对R134a/R245fa和R134a的换热系数进行对比,结果表明热流密度、质量流速、通道长度对换热系数均有影响。考虑R134a/R245fa相变时的附加传质阻力对换热的影响下,在纯工质关联式中引入混合物影响因子,得到了适用于本实验工况下R134a/R245fa的关联式。     

非均匀加热立式螺旋管内沸腾传热恶化特性研究

本文主要开展非均匀加热螺旋管内沸腾传热恶化特性实验研究。实验参数范围为:热流密度15~55 kW·m^-2;质量流速190~400 kg·m^-2·s^-1;压力0.8~1.1 MPa。实验包括一个均匀加热实验段及两个非均匀加热实验段,三个实验段尺寸一致,不均匀度分别为1.0,1.2和1.4。实验过程中共获得三种壁温飞升现象,而且发现随着质量流速及不均匀度的增大传热恶化位置逐渐向内侧管圈偏移,并由此导致非均匀加热螺旋管内初始烧干干度随着质量流速的变化规律与均匀加热螺旋管恰好相反。     

竖直直管和螺旋管内超临界CO2换热特性对比研究

采用SST k-ω湍流模型对比研究了在q=20.5~40 kW.m^-2,G=205.92~262.51 kg·m^-2·s^-1,p=8~10 MPa边界条件下超临界CO2在加热竖直直管和螺旋管内的换热差异。结果表明,在相同工况下,由于离心力引起的二次流的作用使得螺旋管相比于直管对换热有一定的强化作用,并能有效地抑制换热恶化的发生。但在拟临界点区域螺旋管的换热系数反而低于直管,主要原因是在拟临界点附近物性对换热起主导作用,离心力对管外侧的强化作用有限,而由于离心力和浮升力的弱化作用使内侧会出现显著的局部换热恶化(湍动能被抑制),从而使得截面上平均换热系数低于直管。     

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.     

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.     

三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。     

An Experimental Investigation of Forced Convection Heat Transfer from a Coiled Heat Exchanger Embedded in a Packed Bed

Forced convection heat transfer from a helically coiled heat exchanger embedded in a packed bed of spherical glass particles was investigated experimentally. With dry air at ambient pressure and temperature as a flowing fluid, the effect of particle size, helically coiled heat exchanger diameter, and position was studied for a wide range of Reynolds numbers. It was found that the particle diameter, the helically coiled heat exchanger diameter and position, and the air velocity are of great influence on the convective heat transfer between the helically coiled heat exchanger and air. Results indicated that the heat transfer coefficient increased with increasing the air velocity, increasing helically coiled heat exchanger diameter, and decreasing the particle size. The highest heat transfer coefficients were obtained with the packed-bed particle size of 16 mm and heat exchanger coil diameter of 9.525 mm (1/4 inch) at a Reynolds number range of 1,536 to 4,134 for all used coil positions in the conducted tests. A dimensionless correlation was proposed for Nusselt number as a function of Reynolds number, particle size, coil size, and coil position.     

卧式螺旋管内汽液两相流不稳定性试验研究

本文在中、低压汽水试验台上对卧式螺旋管内汽液两相流动不稳定性进行了详细的试验研究，获得了各类脉动发生的界限及各主要参数对脉动的影响规律，并在无固次分析的基础上，给出了密度波脉动起始边界的预报关系式。     

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%.     

水平内微肋管局部凝结换热性能实验与数值求解

以Ｒ１１为工质，蒸汽凝结压力为１４７－２６５ｋＰａ，质量流率４ｔｙ１５３ｋｇ／ｍ２ｓ，本文对二维内微肋管和三维内微肋管水平管内凝结分层流区局部换热系数进行了系统的实验。与光管比较，二维内微肋管和三维内微肋管局部凝结换热系数分别提高了１４７－７８３％和２６１－９９７％。本文首次从理论分析入手建立了二维内微肋管水平管内凝结分层流区局部换热系数分析模型并进行了数值求解。计算结果与本文实验相当吻合。     

泡沫金属对含油制冷剂管内流动沸腾换热特性的影响

实验研究了制冷剂-润滑油混合流体在内嵌泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性。泡沫金属为10ppi、90%孔隙率;制冷剂为R410A,润滑油为VG68,油浓度为0～5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属强化流动沸腾换热系数,换热系数提高30%～120%;含油工况下,泡沫金属只强化流动沸腾换热系数20%以下,在低质流密度或者高质流密度的高干度情况下出现恶化换热的情况。润滑油总是恶化制冷剂在内嵌泡沫金属圆管内流动沸腾的换热系数,换热系数最多恶化71%,且在低质流密度下对换热的恶化比在高质流密度工况下严重。