非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器与弓形隔板光滑管换热器壳程的换热性能对比

选用黄原胶作为非牛顿流体基液,碳纳米管为纳米添加粒子,实验研究了非牛顿纳米流体及其基液在螺旋隔板翅片管换热器和弓形隔板光滑管换热器的壳程冷却传热性能。实验结果表明,两台换热器的对流传热系数和压降均随雷诺数的升高而升高。与基液相比,非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器和弓形隔板光滑管换热器中的壳程传热系数分别提高31.3%和18.3%,其压降分别增大36.1%~52.6%和35.6%~41.4%。在雷诺数相同时,非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器的综合热性能为弓形隔板光滑管换热器的2.78~2.93倍。     

超流氦制冷系统2K冷却级热力分析

通过对节流阀阀前J-T换热器的效率以及2 K冷却级的制冷量等参量与节流阀前温度、压力以及J-T换热器冷、热端温差等关系的分析表明,考虑比热变化时J-T换热器的效率均低于不考虑比热变化时的J-T换热器的效率,且发现在降低换热器入口温度来提高单位质量氦气的2 K制冷量时,J-T换热器的热效率将降低。分析结果表明为避免系统变工况运行时换热器运行出现负温差,建议J-T换热器应该以限定冷端温差进行设计。     

脉冲管制冷机中4K回热器的数值模拟

为了研究液氦温区脉冲管制冷机的性能,本文对脉冲管制冷机中4 K回热器进行了数值模拟分析,建立了包括压缩腔、高温换热器、回热器、低温换热器和膨胀腔等五个区域的数理模型,同时考虑了~4He的非理想性以及钬铜体积热容随温度变化的影响;对4 K回热器的传热与交变流动过程进行了数值模拟,并分析了回热器中总能流、声功流、体积流率分布、相位的分布和温度分布。计算结果显示,系统在运行频率5 Hz,压缩腔入口压比1.37,输入声功8.14 W的情况下,理论预测在4.2 K时制冷量为0.27 W,考虑膨胀活塞回收的声功后相对卡诺效率为20.6%。     

翅片管单管传热性能试验比较

一、前言 为提高换热器效率,节约能源,翅片管得到了广泛应用。在我国,除早已得到应用的L型绕片管、穿片管外,又出现了LL型、KLM型、锒片型等翅片管。 本试验研究采用单管传热风洞来测定国产的几种翅片管传热性能的差异,精确度高,     

强化翅片适用性分析

提出强化翅片的适用性问题并以管翅式换热器为例进行了讨论,认为管翅式换热器空气侧流路由三要件所组成,即换热器、换热器外部风路和风机,指出强化翅片的效果不仅与翅片自身的性能有关而且与外部风路流阻的相对大小有关。与换热器流阻相比,外部流阻越大,采用强化翅片就越有利。     

超临界CO_2及其混合工质布雷顿循环热力学分析

本文运用热力学第一、第二定律对分流、预压缩再热、改进再压缩超临界CO_2布雷顿循环进行了热力学分析,重点讨论了压缩机和透平入口工况(温度、压力)对循环热力学性能的影响。以改进再压缩循环为基础,进一步提出以CO_2为基底的混合工质布雷顿循环,分析了气体种类及加入量对混合工质布雷顿循环热力学性能的影响。结果表明:提高透平入口工况能够提高不同形式循环的效率;与压缩机入口温度对循环效率的影响相比,压缩机入口压力对循环效率的作用更大;在CO_2质量分数大于50%的情况下,加入氙气与氪气均可提高循环热效率,增幅最大分别为1.44%和3.04%,氙气与氪气对应质量分数分别为50%和26%;加入氮气反而使循环效率降低。     

高恢复压力氟化氘增益发生器技术研究

增益发生器是影响高能氟化氘(DF)化学激光器恢复压力的核心组件,采用传统增益发生器的DF激光器尾气恢复压力约为6.7 kPa。设计了一种紧凑化TRIP型增益发生器,突破了高腔压运转、主气流气幕和激射腔边壁回流抑制等关键技术,实现了DF激光器尾气恢复压力的大幅提高。实验结果表明,在面积比流量为1.3~3.3 g·s-1·cm-2的范围内,随着增益发生器面积比流量的提高,激光器尾气恢复压力有效提高,面积比功率持续增加;在面积比流量为3.3 g·s-1·cm-2条件下,DF激光器可以实现26.7 kPa背压(海拔10 km大气压)下的高效运行。     

喷管制冷作用在天然气脱酸气中的应用研究

结合BWRS真实气体状态方程、移轴Witoszynski公式、圆弧加直线及特征线法设计喷管型面,利用Fluent软件模拟喷管内气体的流动过程,并分析入口参数及出口背压对喷管制冷效果及气体液化过程的影响。研究表明:喷管的制冷作用可满足天然气中酸性气体的液化条件;提高入口压力或降低入口温度均可提高喷管的制冷效果,促进气体的液化过程;出口背压的提高会导致激波进入喷管,破坏液化环境,因此应合理选择背压以保证喷管的制冷性能。     

无缓冲气COIL扩压器流场数值模拟

 以无缓冲气化学氧碘激光器(COIL)实验器件的数据计算得到的混合喷管出口参数平均值作为光腔入口条件,对6种不同构型的扩压器从光腔入口至扩压器出口的流场进行了数值模拟,得出了各流场参数分布;对不同构型扩压器的流场特点、总压恢复性能进行了分析;研究了扩压器出口背压对流场参数的影响。结果表明：对于主流无缓冲气的COIL,等截面扩压器具有较好的压力恢复性能;增大扩压器出口背压可以使扩压器的压力恢复性能提高,然而,较高的背压使激波串向光腔方向移动,从而使光腔流场受到干扰,影响光腔的光束质量。     

Laval喷管内激波位置的计算及制冷性能分析

明确激波在Laval喷管内的发生位置,能够为设计及优化Laval喷管线型提供理论依据,从而提高Laval喷管的制冷性能和整个天然气超音速分离器的分离效率。文中对Laval喷管进行了结构设计,对不同背压条件下Laval喷管内激波位置进行了理论分析与计算,并利用FLUENT软件进行了数值模拟,通过研究不同背压条件下Laval喷管内气体马赫数、压力和温度分布,对喷管制冷性能进行了对比分析。结果表明:保持Laval喷管入口压力不变,随出口背压增大,激波位置逐渐从喷管出口向喷管入口方向移动,气体受到激波的影响,在喷管所能达到的最大马赫数不断降低,所能产生的最低温度不断上升,喷管的制冷性能越差;理论计算与数值模拟结果基本一致,数值模拟验证了理论计算的正确性。     

化学激光器扩压器启动特性研究

为实现化学激光器的高速、低压尾气排入背压环境,需开展扩压器的启动特性研究。建立扩压器的仿真分析模型,根据激光器的实际工作需求,进行了扩压器总压11 kPa时的流场仿真,得到了不同背压情况下扩压器启动过程的流场,并提出扩压器逐级启动的工作方式。仿真结果显示,采用逐级启动的工作方式,扩压器以总压13 kPa启动直排入8 kPa的背景,流动稳定后将扩压器总压回调至11 kPa,实现了扩压器的正常启动。依托现有的激光器试车台进行了扩压器逐级启动的试验验证工作。试验结果表明,该种启动方式能够实现扩压器工作能力的提高。     

Assembly structure convective—flow CO laser

This article describes a convective-flow CO laser composed of quartz tubes, nickel–chromium steel components, a copper heat exchanger, polytetrafluoroethylene tubes and other components. The method of vacuum sealing between quartz tubes and nickel–chromium steel pipes by polytetrafluoroethylene tubes enables the laser to operate with liquid nitrogen cooling. An output of 120 W has been obtained by adopting a non-selective cavity.     

斜向流换热器壳程流场均匀化研究

传统弓形折流板换热器壳程流体横向流动时存在流动阻力和传热死区大等缺点。为克服上述不足,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,采用导向型折流栅替代传统弓形折流板,倾斜流道内流体斜向冲刷换热管束。考察和对比了斜向流换热器和弓形折流板换热器壳程主流区的流体流速分布和变化规律,证实了导向型折流栅具有显著的控涡均化壳程流场和提高壳程流体整体流速的作用,有助于减小壳程压降,增大有效换热面积,为管壳式换热器结构改良提供了参考依据。     

A pressure recovery system for chemical oxygen-iodine laser based on an active diffuser

An open-type pressure recovery system (PRS) for chemical oxygen-iodine laser was designed and fabricated. As a first stage, an active diffuser was used in which the ejecting gas supply was organized through nozzles disposed around the channel periphery. The second stage was a supersonic ejector. Numerical simulation data for the viscous turbulent flow with heat release through the diffuser gas-dynamic channel, and also data obtained by testing the active diffuser in operation on a model facility equipped with a vacuum chamber, are reported. The obtained data were used to develop a full-scale setup with exhaust of laser gas into the atmosphere; this has allowed us to optimize the performance characteristics of the setup and substantially improve its mass-dimensional characteristics. Special attention was paid to parameter matching and synchronization of laser start with the operation of PRS components.     

螺旋折流片换热器壳侧传热与流动的数值模拟

提出了一种强化管壳式换热器壳侧传热的螺旋折流片式换热器新方案,该方案在部分管子上套上螺旋折流片,不仅强化传热,而且对相邻管子形成支撑;利用FLUENT流体计算软件对同心套管螺旋折流片式换热段的壳侧流场、温度场进行了数值模拟,并讨论了螺旋角对其强化传热和阻力性能的影响。结果显示螺旋折流片诱导的涡旋流动对于减薄边界层,促进近壁流体与主流区流体的动量和质量交换进而强化传热有明显的作用,传热系数可比光管提高约40％-100％,但其流动阻力也将增大。     

化学氧碘激光器尾气主动冷却技术试验

使用主动冷却技术降低化学氧碘激光器(COIL)尾气的温度,是提高引射式压力恢复系统引射效率的一项关键技术。采用理论计算和数值模拟的方法,得出了满足技术指标要求的冷却器系统设计参数,并研制了一套以管翅式热交换器、液氮循环汽化提供制冷量的COIL尾气主动冷却试验装置。与激光器的对接试验结果表明,在COIL出光60s试验中,热交换器可以使尾气温度从590K降低到160K,出口截面温度不均匀度小于21K,经过热交换器的气流总压损失小于100Pa。     

COIL压力恢复系统气流主动冷却技术数值模拟

 引射式压力恢复系统是化学激光系统应用中的一个重要组成部分,为了提高引射器引射效率,减小整个系统尺寸,可以采用主动降低光腔出口气流温度的方法。通过数值模拟,开展了用热交换器降低光腔出口气流温度的研究。给出了混合气体的热物理性质、热交换器建模方法及数值模拟条件,比较了不同条件下热交换器性能的差异,发现由于出口气流密度很低,热交换器的总传热系数、压力损失比常规条件下有较大幅度的减小。此时适当增大椭圆管尺寸,采用高翅片换热管,可以有效地提高热交换器的换热能力。     

DF化学激光器扩压器流场仿真及优化

建立了DF化学激光器压力恢复系统扩压器的流场仿真模型,对扩压器流场结构进行了仿真分析。结果显示,扩压器超扩段长度为1310 mm时,激光器可工作压力为7.18 kPa。增加超扩段长度至1810 mm,激光器的可工作压力上升至8.25 kPa; 插入2片楔形叶片,激光器的可工作压力提升至8.52 kPa。适当增加超扩段长度和插入叶片的方式可在一定范围内提高激光器的工作压力,研究结果对于化学激光器扩压器的设计与优化具有重要的参考价值。     

微通道-微槽群中间换热器特性实验研究

 对用于固体激光介质冷却的组合式中间换热器的流动与传热特性进行了实验研究。实验研究结果表明：努塞尔数随雷诺数的增加而增加，总热阻随微通道侧蒸馏水流量的增加而减小，总换热量随微通道侧蒸馏水流量的增加而增加，且换热器的传热系数可以达到1.5×104 W/(m²·K)，总热阻小于0.3 K/W，能较好地解决当前固体激光介质冷却系统中间换热器所存在的问题。