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。     

渐变截面热声波导管内的声流解析模型

建立了二维渐变截面热声波导管内的声流模型,分别考虑了封闭直管和环形回路两种不同结构,获得了更为普适的解析结果。封闭直管结构的声流结果可应用于任意宽度的波导管,环路结构的结果考虑了渐变截面管段宽度远大于热、黏穿透深度的情形。研究结果表明,渐变截面热声波导管内的声流主要受声场结构、截面变化及轴向时均温度分布的影响,在其它参量不变时声流量值及分布随波导管特征尺度的不同而变化。该解析模型可应用于热声及其它物理背景下的声流分析。      

双面加热环形通道内干涸点的确定

根据环形管通道内流体流动和换热的特点,以Kirillov和Smogalev提出的干涸点理论模型假设为基础,从最基本的质量守恒方程出发,并引入临界液膜厚度等相应的辅助模型,得到了双面加热环形通道内流动沸腾干涸点的理论模型。同时针对间隙为1.0mm和1.5mm的环形窄缝进行了低压低质量流速工况下干涸点的实验研究。比较发现理论模型预测值与实验结果基本相符。说明本文提出的理论模型适用于低压低流量条件下的窄环形通道。实验同时发现:环状流临界热流密度在系统压力为2.2MPa达到最大值,临界含汽量随质量流速的增大呈缓慢下降趋势。     

水平微肋管内基于气液环状流流型的沸腾传热理论模型

本文提出了基于气液环状流的水平螺旋微肋管内沸腾传热理论预测模型.在模型建立过程中,假设环状流液膜是由基底液膜和叠加扰动波液膜单元组成,将无量纲准则数Fr0=G/[gdeρv(ρl-ρv)]0.5作为汽液两相流环状流理论模型的判据建立的模型理论预测值与已由的四种不同结构的微肋管、三种有机工质下得到的实验数据进行了比较,结果表明,在Fr0＞4.0时,提出的环状流预测值理论值或者和预测值符合得较好,或者大幅度改善了原有分层流模型的预测效果,充分说明了提出的环状流理论模型的合理性.     

垂直上升管内非牛顿流体流动沸腾的壁温工况和临界热负荷

本文研究了一种非牛顿流体-高聚物水溶液在垂直上升管内强制流动沸腾过程中的壁温沿管长变化及临界热负荷的特点，并考察了高聚物种类、浓度、质量流速等对临界热负荷和壁温工况的影响。     

垂直加热管内下降两相流瞬态空泡率的数学模型研究

本文提出瞬态垂直下降流动管内两相流空泡率的数学模型和其计算方法，可用来计算介质流量瞬变和加热负荷瞬变时管内各处的空泡率．为了验证模型计算的精确性，在R－12实验台架上进行了空泡率的测量，同样工况下，测量与计算结果相当一致．流量瞬变时的最大平均偏差小于13％，热负荷瞬变时小于15％．由此可认为本模型方法，可用于工程计算，尤其适用于棒束之类的复杂流道．     

蒸发器内流动沸腾过程的可视化实验及调控

本文基于Simulink仿真和高速显微摄像仪设计搭建了一套闭式泵驱两相流回路系统,该系统具有可视化观测和自动控制小通道蒸发器流动沸腾传热过程。开展了小通道蒸发器内流型演变、传热特性和温度动态变化调控的定量研究,重点关注流型、流量、热负荷之间的耦合关系。研究结果表明,所构建的两相流回路系统借助储液罐控温调节能够实现系统运行参数的快速准确调控。小通道内工质流动沸腾呈现出单相流、泡状流、弹状流、搅拌流、环状流和反环状流等流型。对流传热系数随着热负荷增大经历单相流与两相流共存的急剧上升阶段、全区域两相流稳定区的均匀缓慢上升阶段以及处于临界不稳定换热区附近的下降阶段。并且,所采用的自动热控制算法能够实现流量、过冷度、壁温等运行参数的快速准确调控,赋予了泵驱两相流回路系统良好的热管理性能。     

端部周期加热下管内气温奇异分布的实验研究

设计搭建了端部周期加热时管内气体热声对流的实验平台,对端部周期加热引起的气体热声对流作用下管内气体的温度分布进行了实验研究。该实验以氩气为工质,利用三极管控制加热电路实现周期性加热;测量了不同加热频率下管内的气体温度,并与常热流加热时的温度分布进行对比,结果表明端部周期加热时管内气体的温度分布与同功率下常热流加热时存在明显的差异,并且在某些测点出现了温度的奇异分布。本实验验证了超温现象的存在,为管内气体热声对流现象的进一步研究奠定了基础。     

环形浅液层内热流体波的可视化实验研究

对外壁加热、内壁冷却、厚度为1.0 mm的环形硅油浅液层内的热毛细对流及其稳定性进行了可视化实验研究,观察到了旋转的螺纹状的热流体波,确定了发生热流体波的临界温差值△Tc=4.8 K,证实了热流体波从两组逐渐演变为一组的发展过程,验证了已有的数值模拟结果.     

小通道内液氮流动沸腾的可视化研究

通过高速CCD可视化实验,在气体表观速度0.01～26.5m/s,液体表观速度0.01～1.2m/s范围内,对内径为1.931mm垂直向上圆管内液氮流动沸腾的流型特性进行了研究.所观测的主要流型为:泡状流,弹状流,搅拌流和环状流.并绘制了流型图,发现环状流占了大部分的区域,干度大于0.15的区域基本上都是环状流.分析了流量对流型转变的影响,流量越大,相应的流型转变干度越低,而且流量大于820kg/m2s时,没有发现泡状流.通过与相同水力直径的空气-水的流型图比较,发现本文中的弹状流区域要小很多.通用的流型转变模型预测结果与实验结果相差较大.     

超临界压力CO2在水平圆管内流动传热数值分析

采用SST k-w低雷诺数湍流模型对加热条件下超临界压力CO2在内径di=22.14 mm,加热长度Lh=2440 mm水平圆管内三维稳态流动与传热特性进行了数值计算.通过超临界CO2在水平圆管内的流动传热实验数据验证了数值模型的可靠性和准确性.首先,研究了超临界压力CO2在水平圆管内的流动传热特点,基于超临界CO2在类临界温度Tpc处发生类液-类气“相变”的假设,揭示了水平圆管顶母线和底母线区域不同的流动传热行为.然后,分析了热流密度qw和质量流速G对水平圆管内超临界压力CO2流动换热的影响,通过获取流体域内的物性分布、速度分布和湍流分布等详细信息,重点解释了不同热流密度qw和质量流速G下顶母线内壁温度Tw,i分布产生差异的传热机理,分析结果确定了类气膜厚度d、类气膜性质、轴向速度u和湍动能k是影响顶母线壁温分布差异的主要因素.研究结果可以为超临界压力CO2换热装置的优化设计和安全运行提供理论指导.     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HEAT TRANSFER AND BURNOUT IN CONDITION OF NONUNIFORM MEGAWATT HEAT FLUXES

Burnout is investigated in tubes under nonuniform heating on the perimeter. Data on heat transfer and critical heat flux (q_cht) in the case of water were obtained for ranges of mass velocity pw = 200-3000 kg/m₂ s, pressure p = 0.1-1 MPa, and inlet water temperature T = 25-98°C. The test section was a horizontal copper tube of 21 mm outer diameter, 8 mm inner diameter with a technically smooth surface and heat transfer-intensifying twisted tape and porous sintered coating. The test section was heated by bombardment with electrons. It is established that a redistribution of heat fluxes and an increase of wall temperature fluctuations occur at burnout. The range of regime parameters to prevent burnout of a heat transfer surface is determined.     

自然循环型气液固三相流载气蒸发传热的实验研究

符号表Cs固体颗粒在液体中的含量vol．％dp固体颗粒直径mmde实验段当量直径mmh表面传热系数kw／m2Kk液体导热率W／mKq热通量kw／m2r液体汽化潜热kJ／kgTw加热壁面温度℃ug载气表现速度mm／sul循环液速m／sρg载气的密度kg／m3ρl液体的密度kg／m3ρs固体颗粒的密度kg／m3μg气相粘度mPa·sμl液相粘度mPa·sBo沸腾准数Nu努塞尔准数Reg载气雷诺数Rel液体雷诺数沸腾与蒸发装置内换热壁面上的结垢与结疤是降低换热效率的重要因素之一。换热装置的防垢抗垢一直受到重视。近年来，一些研究者将固体颗粒引入换热器的加热管内，形成流化床换热…     

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%.     

烧结/堆积床多孔介质流动沸腾换热实验研究

本文实验对比研究了0.3 mm、0.5mm、0.7 mm三种粒径的铜颗粒烧结与堆积床多孔介质中的流动沸腾换热,主要研究了入口流速、热流密度、加热方位及粒径对流动沸腾换热的影响,以及多孔介质中的沸腾滞后。实验结果表明:大入口流速、低热流密度、下方加热以及小粒径时加热壁面的过热度较低,即有利于沸腾换热;本实验所用烧结多孔介质壁面过热度高于堆积床多孔介质,其原因是内部含有闭孔。     

Numerical Investigation of Micropolar Casson Fluid over a Stretching Sheet with Internal Heating

This theoretical study investigates the microrotation effects on mixed convection flow induced by a stretching sheet. Casson fluid model along with microrotation is considered to model the governing flow problem. The system is assumed to undergo internal heating phenomenon. The governing physical problem is transformed into system of nonlinear ordinary differential equations using scaling group of transformations. These equations are solved numerically using Runge Kutta Fehlberg scheme coupled with shooting technique. Influence of sundry parameters for the case of strong and weak concentration of microelements on velocity, temperature, skin friction and local heat flux at the surface are computed and discussed. Lower skin friction and heat flux is observed for the case of weak concentration(n = 0.5)compared to strong concentration of microelements(n = 0.0) near the wall.     

Experimental and numerical study of swirling subcooled flow boiling of water in a vertical annulus

In this paper, the effect of making swirling flow inside an annulus on the subcooled boiling heat transfer has been studied and discussed both experimentally and numerically. The Eulerian-Eulerian model and control volume technique have been used for numerical modeling of the problem. The experimental results show that the critical heat flux values are enhanced by making swirling flow. The experimental and numerical results also indicate that by making swirling flow inside the annulus, the subcooled boiling heat transfer coefficients are increased. Moreover, the experimental and numerical values of the boiling heat transfer coefficients show good agreement with each other.     

圆管层流脉冲流动对流换热数值分析

对等热流和等壁温边界条件下圆管内层流脉冲流动对流换热问题进行了数值模拟。在等热流边界条件下的数值计算结果与理论解吻合很好。计算结果表明:在等热流和等壁温边界下脉冲流动可引起速度、温度以及努塞尔数随时间波动,振幅越大,脉冲频率越小,波动越大。但它们的时均值均等于在相同雷诺数下稳态流动的值,脉冲流动不能强化换热。     

高温热管声速极限的实验研究与理论分析

高温热管是公认的被动式高温传热器件,以及明显高于相同几何尺寸金属材料的当量导热率,使其成为研究热点,并具有广泛的应用前景。在高温热管的蒸汽流动中,当喉部流速达到声速后,会出现声速传热极限,主要表现为冷凝段温度持续降低,传热量停滞不增,以及蒸汽的阻塞状态。本文设计、制备了高温热管传热器件,以高频感应方式为热源,盘管式水冷套为冷源,搭建了可以定量测试高温热管声速极限的实验台,并应用理论模型进行了验证。实验测试了高温热管在高热流加热条件下的冷态启动过程,以及稳态传热状态下的温度、热流等基本物理量,并对此进行了理论分析。实验结果表明:长径比、加热热流、工作温度是影响高温热管声速极限的主要因素。     

Influence of nucleation on the flow boiling heat transfer coefficient of a refrigerant mixture under varied heat flux conditions

The influence of nucleation on the flow boiling heat transfer coefficient of R-134a/R-290/R-600a refrigerant mixture is experimentally studied in a smooth horizontal tube of 12.7 mm diameter. The heat transfer coefficients are experimentally measured for stratified flow patterns under a varied heat flux condition; a condition found in the evaporator of refrigerators and deep freezers. The experiments are conducted in a counter-current heat exchanger test section. By regulating the flow rate and inlet temperature of acetone, which is the heating fluid flowing in the outer tube, a varied heat flux is provided to the refrigerant flowing in the inner tube. The refrigerant mass flow rate is fixed between 3 and 5 g s⁻¹ and its inlet temperature between −8.59 and 5.33°C, which corresponds to a pressure of 3.2 to 5 bar. The significance of nucleate boiling prevailing in the above-mentioned evaporators is highlighted. The experimental heat transfer coefficients are also compared with well known heat transfer correlations.