超临界CO2在烧结多孔圆管中换热的实验研究

本文对超临界压力二氧化碳在烧结多孔介质的竖直圆管中的对流换热进行了实验研究。分析了入口温度超过准临界温度、颗粒直径为0．2-0．28 mm的多孔圆管中,压力、流量、热流密度以及流动方向对超临界二氧化碳对流换热的影响。结果表明,准临界点附近剧烈变物性的影响使得超临界二氧化碳在多孔结构中的对流换热非常复杂。对流换热随着温度远离准临界温度和热流密度的增加不断减弱;流量对对流换热的影响比较复杂。在准临界温度附近,浮升力对换热有一定的影响。     

纳米多孔氩薄膜热导率的分子动力学模拟

利用经典的Lennard-Jones势能模型,采用分子动力学模拟方法研究纳米多孔氩薄膜热导率.结果表明,纳米多孔氩薄膜热导率明显小于同温度下纯纳米氩薄膜热导率,并且孔隙率越大热导率减小越多.借助基于并联方法的有效热导率模型,对纳米多孔氩薄膜的热导率随孔隙率的变化进行解释.模拟结果还发现,薄膜内的多孔分布对薄膜的热导率有影响.     

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.     

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.     

亚临界与超临界压力水在管内的对流传热与传质

本文对含有金属腐蚀物杂质的亚临界与超临界压力水在竖直加热圆管内的受迫对流与混合对流传热与传质进行了数值模拟，分析了变物性、浮升力以及压力等因素对管内对流传热与传质的影响。结果表明：浮升力使自下而上流过竖直加热圆管的对流传热和传质增强；在不同的温度条件下，超临界压力水的热物性对传热传质的影响有很大不同。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

发汗冷却换热过程的实验研究与数值模拟

本文对水平矩形槽道内湍流对流换热与发汗冷却进行了实验研究和数值模拟。实验结果表明:随着冷却气体流量的增加,发汗冷却壁面温度、局部对流换热系数和Nu数都迅速下降;在注入率为1％时,壁温下降了约40％,对流换热系数降低至50％左右。随着注入率的增大,壁面热流先是增加,在F=0.7％-0.8％左右时达到一个最大值,随后下降。St/St0随着注入率的增大而降低; St／St0的实验值与由已有关联式以及数值计算得到的值基本吻合。     

带肋气膜冷却平板的数值模拟研究

本文对不带肋和带45°肋气膜冷却平板的三维对流换热与导热耦合传热问题进行了数值模拟。网格划分采用非结构化网格,湍流模型为SSTκ-ε模型,近壁处采用壁面函数法,采用SIMPLEC算法求解速度和压力的耦合。计算获得了不带肋和带45°肋气膜冷却平板的流场分布和平板内外表面的换热系数值。结果表明带45°肋的气膜冷却平板通道流场结构比较复杂,平板表面平均温度较无肋气膜冷却平板表面平均温度下降,而在近气膜孔区域冷、热表面平均换热系数较无肋时增大。     

基于变边界分段模型的页岩损失气量和解吸气量评价方法

储层含气量的准确评估是目前制约非常规天然气高效开发的重要因素, 直接法采用损失气估算模型结合解吸曲线估算储层含气量, 但现有损失气估算模型均基于煤层气的常压边界条件和球形颗粒假设, 如美国矿业局提出的USBM方法, 为埋藏深、柱状岩心的页岩气藏含气量的估算带来较大误差. 本文基于扩散理论, 采用时变压力边界条件和柱坐标系求解一维扩散方程获得解析解, 从而提出了新的损失气估算模型, 即变边界分段模型, 该模型能够反演出提钻和解吸两个阶段气体逸散的不同特征. 结果表明: 在提钻阶段, 环境压力不断降低, 岩心内外压差增大, 气体逸散速率加快, 从而是下凸函数; 在解吸阶段, 环境压力恒定, 岩心内压力随气体逸散而下降, 内外压差减小, 气体逸散速率减慢, 因而是上凸函数. 进一步为证明模型的准确性, 基于相似原理在实验室搭建了损失气?解吸气复原实验系统, 采用圆柱状页岩岩心复现提钻过程和解吸过程的气体逸散情况, 得到的实验结果与变边界分段模型吻合, 而已有的USBM方法不能进行准确预测, 验证了本文提出的变边界分段模型正确性. 根据川南地区Y151井现场测试数据, 采用变边界分段模型进行拟合预测, 所得结果良好, 验证了变边界分段模型的适用性.      

气体在微细多孔介质中的流动阻力研究

本文对空气、氢气和氦气流过微细多孔介质内部的流动阻力特性进行了实验研究,分析不同气体在不同颗粒直径条件下摩擦因子与等效雷诺数的关系.结果表明:对于空气、氢气和氦气,当颗粒直径为225μm和125μm时,由于可压缩性的影响,摩擦因子略大于经验公式结果.对于空气,当颗粒直径为90μm和40μm时,实验得到的摩擦因子小于经验公式结果.对于氢气和氦气,当颗粒直径为125μm时,经过可压缩性修正的摩擦因子实验值略小于经验公式结果;颗粒直径为90μm和40μm时,摩擦因子小于经验公式结果.因此,对于空气、氢气和氦气,当颗粒平均直径小于90μm时,微细多孔介质中的流动特性存在稀薄气体效应.