螺旋管内超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm曲率为0.057的螺旋管内进行了超临界氮的对流换热实验,研究探讨了螺旋管入口温度、壁面热流密度对沿程壁面温度分布以及平均换热系数的影响,与前人关于螺旋管内常规流体流动换热的平均Nu的经验关系式进行了比较。并基于FLUENT软件进行了数值计算,并与实验结果进行了比较。分析表明,数值计算对壁面温度的预测有一定的适用性。     

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.     

CO_2内螺旋管式气体冷却器换热特性仿真研究

建立了一种应用于CO_2热泵热水机的内螺旋管式气体冷却器(逆流型)的换热特性稳态仿真模型,且与实验数据吻合较好。在仿真模型基础上,分析气体冷却器内部流体温度沿管长分布情况,研究结构参数和水侧进口温度对气体冷却器换热性能的影响,研究结果表明:由于CO_2侧出口温度不会低于水侧进口温度,因此换热量受水侧进口温度限制,当气体冷却器换热面积增加到一定程度时,换热量增加幅度放缓并逐渐接近其上限值;随着水侧进口温度的增加,水侧与CO_2侧的对数平均温差和换热量降低,水侧出口温度增加幅度越来越小。     

非均匀热流边界条件下螺旋管内换热特性

对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流换热进行了数值模拟,结果表明:当螺旋管表面加热功率一定时,相同Re数下均匀热流边界条件时螺旋管截面周向局部Nu数高于非均匀热流边界条件;非均匀热流边界下充分发展段的平均Nu数小于均匀热流边界;相同的De数下,曲率较小的螺旋管换热系数大。     

超临界CO2竖直管非正常换热及传热机理研究

超临界CO2在拟临界存在物性突变,作为关键部件换热器可能出现非正常换热.采用ANSYS fluent建立了超临界CO2换热器单元的数值模型,并与实验值相对比验证了数值模型的正确性.分析了不同范围的质量流量与传热恶化的关系,以无重力流动作对比探究流动方向对传热恶化的影响和传热恶化机理.结果 表明:给定热负荷的大小不能直接...     

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。     

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。     

基于机器学习的竖直管内超临界压力CO2湍流换热替代模型研究

超临界压力流体在热力发电、航空航天热防护等工业领域具有广泛应用和广阔的应用前景.然而,由于超临界压力流体在准临界温度附近物性变化剧烈,对流换热性能异于常规流体,为系统热设计带来了很大挑战.本文以受浮升力与热加速耦合影响的超临界压力CO2管内湍流换热问题为例,利用机器学习的高斯过程回归算法和协同克里金法建立两种计算模型,...     

超临界CO2-DME混合物竖直圆管内传热特性数值研究

本文采用RNG k-ε湍流模型对超临界CO₂/DME(二甲醚)二元混合工质在竖直圆管内的传热特性进行了数值模拟研究。管径4 mm,管长为1000 mm;CO₂/DME浓度配比分别为97/3、95/5、92/8、90/10、85/15、以及70/30;质量流速为125～200 kg·m^-2.s^-1;热流密度为15～30 kW.m^-2,入口温度295～308 K,入口压力8～15 MPa。不同浓度配比的混合工质在各自临界压力下应用时,随着DME浓度的增加,换热系数的峰值逐渐减低,但在温度大于310 K时混合工质的换热系数会高于纯CO₂。压力相同时,随着DME浓度的增大,拟临界温度升高,换热系数峰值点也随之向温度升高的方向移动。混合工质的换热系数随质量流速的增大而增大。在拟临界点前,增大热流密度及降低压力对管内传热有利,而在拟临界点之后,换热系数随热流密度的升高以及压力的降低而降低。     

超临界压力下低温甲烷在螺旋管内传热数值研究

为揭示超临界LNG螺旋管汽化器的传热机理,应用雷诺应力模型,在等壁温条件下,对超临界压力低温甲烷在螺旋管内流动与传热特性进行了数值研究。研究结果表明,当主流体温度小于准临界温度,浮升力是造成管截面内流体温度分布不均的主要原因。反之,由于离心力的作用,较低温流体出现在管截面外侧区域。当主流体温度小于和接近准临界温度时,浮升力可明显提高换热系数,在准临界点处换热系数出现峰值,且压力对其有一定影响。     

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。     

超临界CO2-丙烷混合物管内传热特性数值研究

采用SST k-w湍流模型对超临界CO₂/丙烷混合工质水平管内的传热特性进行数值模拟研究。管径d=4 mm,加热段L₂=800 mm;混合工质浓度配比为100/0、95/5、90/10、85/15、80/20、75/25;质量流速为150～250 kg·m^?2·s^?1;热流密度为30～40 kW·m^?2,入口温度293 K,入口压力7.5～30 MPa。随着丙烷浓度的增加,CO₂/丙烷二元混合工质的临界压力降低,临界温度升高,丙烷浓度从5%增加到25%,换热系数峰值降低6.19%～31.45%,但增加丙烷浓度可提高拟临界温度后的换热效果。P=7.5～8.5 MPa,换热系数有明显峰值;P=20～30 MPa,换热系数变化规律无明显峰值,并随压力的升高而减小。混合工质的换热系数随质量流速的增大而增大。同一流体温度所对应的换热系数,随着热流密度的增加而减小。     

超临界CO2-丙烷混合物管内传热特性数值研究

采用SST k-w湍流模型对超临界CO₂/丙烷混合工质水平管内的传热特性进行数值模拟研究。管径d=4 mm,加热段L₂=800 mm;混合工质浓度配比为100/0、95/5、90/10、85/15、80/20、75/25;质量流速为150～250 kg·m^?2·s^?1;热流密度为30～40 kW·m^?2,入口温度293 K,入口压力7.5～30 MPa。随着丙烷浓度的增加,CO₂/丙烷二元混合工质的临界压力降低,临界温度升高,丙烷浓度从5%增加到25%,换热系数峰值降低6.19%～31.45%,但增加丙烷浓度可提高拟临界温度后的换热效果。P=7.5～8.5 MPa,换热系数有明显峰值;P=20～30 MPa,换热系数变化规律无明显峰值,并随压力的升高而减小。混合工质的换热系数随质量流速的增大而增大。同一流体温度所对应的换热系数,随着热流密度的增加而减小。     

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。     

裂解吸热反应对乙烷超临界传热的影响

本文对圆管内超临界状态下乙烷的湍流传热过程进行了数值模拟,分析了乙烷高温裂解对壁面热流密度、平均温度以及对流换热Nusselt数的影响。计算结果表明:考虑乙烷高温裂解吸热反应,管内平均温度会降低,出口处温度降低可达135 K;壁面热流密度则会显著增加,热出口处可增加近2倍;热裂解反应改善了超临界对流换热效果,Nusselt数可提高约20%。在本文计算条件下,经典的对流换热关系式可准确适用于不考虑热裂解反应的情况,而对于考虑裂解吸热反应的超临界乙烷传热情况则误差较大。     

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...     

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.     

Heat Transfer Characteristics in a Double-Pipe Heat Exchanger Equipped with Coiled Circular Wires

An experimental investigation has been carried out to study the enhancement in heat transfer coefficient by inserting coiled wire around the outer surface of the inner tube of the double-pipe heat exchanger. Insulated wires, with a circular cross-section of 2 mm diameter, forming a coil of different pitches (p = 6, 12, and 20 mm), were used as turbulators. The investigation is performed for turbulent water flow in a double-pipe heat exchanger with cold water in the annulus space for both parallel and counter flows. The experiments were performed for Reynolds numbers ranging from 4,000 to 14,000. The experimental results reveal that the use of coiled circular wires leads to a considerable increase in heat transfer coefficients compared with a smooth wall tube for both parallel and counter water flows. The mean Nusselt number increases with Reynolds number and pitch. The convective heat transfer coefficient for a turbulent water flow increases for all coiled wire pitches, with the highest enhancement of about 450% for counter flow and 400% for the parallel flow. New correlations for mean relative Nusselt numbers at different coiled wire pitches are provided.     

基于热量流法的超临界CO2换热器性能分析

本文基于热量流法,应用进口温差定义的换热器通用热阻,采用分段法考虑超临界CO2的物性变化,结合能量守恒方程,构建了超临界CO2-冷却水换热过程的整体热量流拓扑模型,结合超临界CO2物性库和经验关联式提出了换热器性能分析的流程图,实现了综合考虑物性-结构-运行参数的超临界CO2-冷却水换热器的性能分析,进一步结合(积)耗...