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。     

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CO2在垂直圆管内对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在垂直圆管(Din=2mm)内在高进口雷诺数和低进口雷诺数条件下的对流换热进行了实验研究,以研究变物性、浮升力和热加速对流动和换热的影响.实验结果发现,在低进口雷诺数情况下,向上流动中管子入口处出现了局部壁面温度下降,而在向下流动中未观察到此类现象;在高进口雷诺数情况下,向上流动中壁面温度发生了异常分布,这主要是因为向上流动中浮升力使得湍流发生了层流化现象,而在向下流动中未观察到此类现象.     

太阳能集热管截面形状对管内超临界CO_2流动换热的影响研究

超临界CO_2的太阳能管式集热器通常在高压、高温、高能流密度且非均匀分布的工况下运行,为了探寻有效的流动换热与吸热综合性能强化措施,本文数值模拟研究了5种集热管截面形状对管内超临界CO_2流动换热与阻力性能的影响规律,获得了流动与换热性能、吸热性能、集热管表面温度较低且分布均匀性较优的强化方式。结果表明:1)对于不同截面形状集热管,椭圆形截面集热管的流动换热与吸热综合性能指标(j/f)(q′/q)最优且随长短轴比K的增大而先增大后减小;2)对于不同截面形状集热管表面温度,K最大的椭圆形C截面(K=2.5)的表面最高温度最低,轴向与周向温度分布均匀性最优且K越大越优。     

蛇形管流动沸腾弯头处传热的非均匀性

针对蛇形管内的汽液两相流进行了可视化观测,发现弯头处相变主要发生在弯头内侧.通过对局部弯头液相的流动与换热进行数值模拟可以发现,弯头内速度场的重新分布是形成内外两侧换热非均匀性的主因,并且利用内外两侧壁面的核化条件以及温度分布对实验现象进行了分析和认识.     

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.     

竖直圆管中超临界压力CO2对流换热实验研究

本文对超临界压力CO2在竖直加热圆管内的对流换热进行了实验研究,比较了不同流向、不同热流密度等对流动和换热的影响。实验结果表明,管内径为2mm时,在低进口Re条件下,由于浮升力影响导致层流向湍流提前转变, 对流换热增强;与向上流动相比,向下流动更易由层流转变为湍流;向下流动的换热要强于向上流动,表明浮升力对换热有很大影响。对于管内径为0．27 mm的微细圆管,当进口Re高于104时,浮升力的影响可以忽略,对流换热系数的变化完全由物性的变化尤其是cp的变化导致。     

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.     

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。     

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.     

细微管内氖工质流动冷凝换热特性仿真分析

冷凝换热是两相热控系统中的重要物理过程。细致分析不同作用力影响下流动冷凝过程中的气液行为及其换热性能的影响，对冷凝器优化与设计具有一定指导意义。本文采用三维瞬态VOF模型仿真分析了水平细微管内氖工质管内流动冷凝过程，基于网格无关性分析和实验流型对比，验证了模型的可靠性。分析了质量通量、管径及重力效应对氖工质流动冷凝换热系数及截面气液分布的影响。研究结果表明，质量通量增加、管径减小会提高流动冷凝换热效率，重力效应对冷凝换热效率的影响主要取决于截面气液分布，随着干度变化呈现出重力无关、强化换热和恶化换热三种状态。     

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。     

部分填充金属泡沫水平管内沸腾实验研究

本文对金属泡沫部分填充的水平管内R134a流动沸腾换热进行了实验研究,研究了质量流速、蒸汽干度和操作压力对压降和换热系数的影响,并将实验数据与传统的光管进行了对比。结果发现,与低质量流速的情况相比,由于在不同质量流速下管内流型不同,导致高质量流速下增加干度更能增强换热,并通过壁面温度分布对沸腾换热流型进行预测。     

超临界压力CO2在非均匀加热竖直管内的换热特性研究

基于工程中存在的非均匀热流问题,针对四种非均匀热流条件下超临界压力CO₂在竖直管内的流动换热特性进行了数值研究,分析了热流密度、质量流量、浮力效应和排布方式对流动换热性能以及圆管表面温度分布的影响。超临界压力CO₂在非均匀热流条件下表现更为复杂的流动换热特性,轴向热流密度分布不均匀会使传热恶化,增大热流密度和减小雷诺数可以弱化传热恶化效应;热流分布不均时,Bo^*比■/Re2.7更能准确地预测浮力效应;在非均匀热流条件下,竖直向下流动比竖直向上流动表现出更好的传热性能,径向速度和湍流动能分布可以较好地解释传热恶化的产生机理。本文对于光热、锅炉等非均匀热流条件下的工程应用具有一定的指导意义。     

椭圆管内层流结冰的数值研究

为预防椭圆管换热器等设备内部结冰甚至堵塞,本文采用流体计算软件fluent建立了三维椭圆管内流动换热模型,研究了一定热边界条件下椭圆管内层流流体的结冰规律.通过对不同工况的模拟分析,得到了流体在管内不同位置的结冰规律以及进口温度、进口Re数、长短轴之比对冰层厚度以及管内换热产生的影响,结果表明:椭圆管截面内,不同径向位置的冰层厚度不同;沿轴向管内冰层厚度逐渐增加,压力损失增大,局部Nu逐渐减小;Re数减小,进口水温降低,都会使管内各处冰层厚度增大,从而增加了管道堵塞的危险.而长短轴比例增大时,长短轴方向冰层变化趋势相反.     

构形树状小通道内的流动沸腾换热特性

本文建立了构形树状小通道内流动沸腾换热模型,数值研究了树状通道网络内的流动沸腾换热特性,并与具有相同换热面积、入口直径的蛇形通道就泵功消耗、流动沸腾压降、通道温度变化和热有效性等指标进行了性能对比分析。研究表明,与蛇形通道相比,构形通道具有流动沸腾压降、泵功消耗小的优势,且其温度均匀性、热有效性也均优于蛇形通道。当热流密度为20 W/cm~2时,构形树状通道内流体的泵功消耗约为蛇形通道的一半,其热有效性为蛇形通道的1.9倍。     

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。     

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。     

构形树状小通道热沉的传热分析

建立了恒受热面温度条件下构形树状小通道热沉中层流流动和换热的三维稳态模型,进行了数值求解,给出了热沉的流动压降、温度分布和热有效性,并与蛇形通道热沉进行了比较。研究结果表明,构形树状结构有效分散了冷却流体,强化了流动换热;与蛇形通道相比,构形树状通道不仅具有压降小的优势,而且其热有效性也远高于蛇形通道。     

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采用两相流的流动换热理论,建立二维几何模型,运用FLUENT对稳定入口流速下注入气体的铅铋流动段作了模拟。模拟研究注入气体的体积份额或速度改变对压力和铅铋与注入气体之间换热与影响,得到了不同条件下的温度与压力分布。分析结果发现,体积份额减小,铅铋流体的径向温度分布更加均匀,中心温度更低;随着体积份额的减小,铅铋的总压呈现出一种下降的趋势。注入气体速度不同对铅铋整体的换热影响不大;中心处的动压有较大增加,总压改变甚微。