乙烷池内核态沸腾气泡脱离直径

针对0.15、0.2、0.3 MPa 3个压力进行乙烷池内核态沸腾可视化实验研究,实验测量的热通量范围是14.27～81.22 kW·m^-2。高速摄像机采集得到竖直铜棒的光滑上表面的乙烷气泡的脱离图像,利用图像处理软件获得气泡脱离直径,并分析了Jacob数（Ja）与气泡脱离直径的变化关系。实验所测直径与引用广泛的6个关联式进行比较,Kim和Kim（2006）模型的预测效果较好,绝对平均偏差均在30%以内,但在0.15 MPa工况下,50%的预测值偏差为30%～40%。Kim和Kim（2006）模型提出Bo^1/2和Ja呈幂函数的关系。在对比基础上,用乙烷的气泡脱离直径数据拟合得到的新关联式与实验数据偏差在±30%以内。另外,选取文献中甲烷的气泡脱离直径与新关联式进行对比,在4种压力下的预测值偏差几乎均在±30%以内（只有一个预测值在±30%以外）。新关联式对甲烷和乙烷的工况具有良好的预测效果,但是由于拟合数据所用的Ja较小,在使用范围上具有一定的局限性。     

动力型热管内R134a流动沸腾传热过程的特性

针对动力型热管内两相流沸腾过程复杂未知,实验复现性差的问题,搭建了动力型热管两相流沸腾传热实验装置,对水平管内R134a工质沸腾传热过程的沿程阻力特性及对流传热系数进行了实验研究,并将获得的实验数据与前人总结的压降、对流传热系数计算关联式进行对比分析。研究表明,Muller-Steinhagen-Heck压降关联式的积分值与实验结果吻合较好,误差在±10%以内;Mohseni关联式在干度大于0.1时所得对流传热系数与实验结果具有较好一致性,误差在±10%以内,但在干度小于0.1时存在较大偏差,部分误差已超30%,为此重新拟合了干度小于0.1时的对流传热系数关联式。该结果可为该类换热器的实验研究、数值模拟及优化设计提供有效的理论参考标准。     

机械加工表面多孔管降膜沸腾传热的研究

本文报道了机械加工表面多孔管(JK-1管)水平管外降膜沸腾的传热性能及其分析.实验工质为R-113.结果表明:JK-1管降膜沸腾传热膜系数比其池式沸腾提高11—80%,比光滑管降膜沸腾提高1.7—5.2倍.通过分析,建立了一个预测值与实验值偏差在±8%以内的准则关联式.     

水平圆柱表面熔融硝酸盐自然对流传热规律

为了得到熔融硝酸盐的自然对流传热规律,对单一硝酸盐和三元混合硝酸盐分别采用6种不同直径(0.1、0.4、1、4、10、40 mm)水平圆柱体及3种不同介质温度(573、623、673 K)进行数值计算,与各经典关联式进行对比发现计算结果与Fand关联式的预测值最接近。对计算结果拟合得到水平圆柱表面熔融硝酸盐层流自然对流传热简单预测关联式,并与熔融LiNO₃自然对流实验结果进行对比,发现实验结果在拟合关联式预测值的±20%范围内,验证了拟合关联式的可靠性。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8 mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10 k W·m-2,质流密度范围为300~500 kg·m~(-2)·s~(-1)。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300 kg·m~(-2)·s~(-1)工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500 kg·m~(-2)·s~(-1),其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。     

超声波场中蒸汽气泡凝结过程及传热特性

利用高速摄像仪记录有、无超声波时注入过冷水中蒸汽气泡的凝结过程,以分析超声波对蒸汽气泡凝结过程及传热特性的影响。结果表明:在超声波场中,蒸汽气泡表面会形成晶格状毛细波,有效增加气泡表面积,并加强气泡周围流体热边界层扰动,从而导致凝结换热的强化及气泡凝结速度加快。基于15～60 K过冷度下,有、无超声波时较大蒸汽气泡凝结的实验数据,拟合得出有、无超声波时的气泡凝结换热经验关联式,预测误差在±30%以内。     

高比表面积活性炭吸附存储天然气性能研究

天然气中少量乙烷和丙烷的存在会直接影响活性炭对天然气的吸附存储容量。为此,体积法测定了高比表面积活性炭对甲烷、乙烷和丙烷的吸附等温线,吸附温度分别为283,293,303和313K;采用Langmuir-Freundlich(LF)方程拟合吸附等温线,得到各气体的方程参数,进而采用LRC关联式预测多组分吸附平衡数据,并计算活性炭对模拟天然气的存储能力。结果表明:活性炭对3种气体的吸附等温线都属于I型等温线,采用L-F方程可以很好地描述各气体的吸附等温线;高比表面积活性炭对模拟天然气的存储量随吸附温度的升高而显著降低,在吸附存储压力为3.5 MPa,吸附温度从283 K上升到313 K,相应的存储量(体积比)由139降低为103;与纯甲烷的吸附存储相比,模拟天然气的吸附储量(体积比)提高约20。     

温度压力对黏性流体中孔口气泡生成的影响

温度压力对孔口气泡生成过程具有重要影响。以氮气-硅油气液体系为对象,在自行设计加工的高温高压可视化鼓泡塔中,采用高速摄像法,观察了单孔气体进料时孔口气泡的形成过程,测定了气泡直径与纵横比,考察了孔口气速(0～1 000 cm×s~(-1))、温度(283～473K)、压力(0～3 MPa)以及孔径(1.12和2.5 mm)对气泡生长过程的影响。实验表明,黏性液体中呈现出大小气泡成对产生的双气泡生成模式;气泡直径随温度和压力升高而减小;低温时压力对气泡直径影响较小,高温时影响显著。通过与以往气泡直径关联式进行对比,修正了GADDIS提出的气泡直径模型,得出新的适用于高温高压条件下气泡直径的估算式。     

R23＋R116系汽液相平衡的测量与数据拟合

利用气相循环法的实验装置测量了R23（三氟甲烷）＋R116（六氟乙烷）二元体系在5个温度（194.33,199.71,214.90,229.63,244.94 K）下的汽液相平衡数据,利用Peng-Robinson(PR)状态方程和Soave-Redlich-Kwong(SRK)状态方程分别与Huron-Vidal(HV)混合规则相结合的两个模型对实验数据进行关联,提出了模型参数的关联式,并将两个模型的计算结果进行对比。结果表明：PR-HV模型对此二元系的关联结果较好,其压力计算值与实验值的相对偏差的平均值为0.29％,摩尔分数计算值与实验值的绝对偏差的平均值为0.0006。     

R410A-油混合物在7 mm直强化管和C形强化管内流动沸腾的摩擦压降特性

实验研究了环保制冷工质R410A-润滑油混合物在直强化管和C形强化管内流动沸腾的摩擦压降特性。实验测试管为内螺纹强化管，外径为7.0 mm。实验工况的蒸发温度为5℃，质流密度为200～400 kg·m-2·s-1，热流密度为7.56～15.1 kW·m-2，入口干度为0.1～0.7，平均油浓度为0～5%。实验结果表明，R410A-油混合物在直强化管和C形强化管内流动沸腾的摩擦压降随平均油浓度和质流密度的增大而增大。基于混合物性开发了R410A-油混合物在直强化管和C形强化管内流动沸腾的压降关联式。直强化管内的摩擦压降关联式与97%以上的实验数据的偏差均在±10%以内;C形强化管内的摩擦压降关联式与95％的实验数据的误差在±15％以内。     

液相己二酸二乙酯热导率

己二酸二乙酯是有机合成重要的溶剂和中间体,也在日用化学工业和食品工业,如香料、增塑剂等方面应用广泛。近年来,含氧燃料如己二酸二乙酯可以改善油品性能和降低柴油机排放,被认为是良好的柴油添加剂和替代燃料。然而到目前为止,对己二酸二乙酯的热物性研究相对不足。利用钽丝作为热线的瞬态双热线系统对温度区间为283～383K、压力区间为0.1～30MPa的液相己二酸二乙酯热导率进行了实验研究,并将实验数据拟合为温度和压力的关联式。实验数据与热导率关联式计算结果的标准偏差和最大偏差分别为0.14%和0.43%,热导率的标准合成不确定度为±1.0%。     

动力型热管内R134a流动沸腾传热过程的特性

针对动力型热管内两相流沸腾过程复杂未知,实验复现性差的问题,搭建了动力型热管两相流沸腾传热实验装置,对水平管内R134a工质沸腾传热过程的沿程阻力特性及对流传热系数进行了实验研究,并将获得的实验数据与前人总结的压降、对流传热系数计算关联式进行对比分析。研究表明,Muller-Steinhagen-Heck压降关联式的积分值与实验结果吻合较好,误差在±10%以内;Mohseni关联式在干度大于0.1时所得对流传热系数与实验结果具有较好一致性,误差在±10%以内,但在干度小于0.1时存在较大偏差,部分误差已超30%,为此重新拟合了干度小于0.1时的对流传热系数关联式。该结果可为该类换热器的实验研究、数值模拟及优化设计提供有效的理论参考标准。     

分布器对鼓泡塔中气泡直径分布的影响

采用电导探针测定了冷态鼓泡塔中不同气速下的气泡直径及气含率的轴向分布,考察了分布板对鼓泡塔操作性能的影响.结果表明:随着开孔率的减小,从均匀鼓泡区到过渡区的转变提前;在均匀鼓泡区,开孔率对气泡直径影响较小;在过渡区,开孔率大的分布器形成的稳定气泡直径较小、气含率较大;分布板开孔直径越大,形成的初始气泡直径越大,但对轴向气泡直径分布的影响仅限于分布器区.包含分布器影响的气泡直径经验关联式为d/D=140.2Bo-0.5Ga-0.12Fr0.099(h/D)-0.15T-0.34(0.5 cm/s＜ug＜7 cm/s).     

基于CPA状态方程计算天然气-甲醇-水气液相平衡

采用考虑了极性分子间氢键缔合作用的立方型附加缔合项(CPA)状态方程计算了天然气-甲醇-水体系气液相平衡。根据实验测试的甲烷-水、乙烷-水、丙烷-水、正己烷-水、甲醇-水二元体系气液相平衡实验数据,拟合了CPA状态方程中甲烷、乙烷、丙烷、正己烷、甲醇与水的二元交互作用系数,提出了与烷烃摩尔质量相关的烷烃-水二元交互作用系数关联式。在此基础上,预测了天然气-甲醇-水多组分体系的气液相平衡。结果表明:在温度为283—298 K,压力为5.86—34.34 MPa的范围内,预测的气相水含量、甲醇含量与实验值之间的平均相对偏差分别为5.55%和8.09%。CPA状态方程不仅为准确预测天然气-甲醇-水体系的气液相平衡提供了依据,还可应用于其他含极性物质体系的热力学物性参数和相平衡的计算。     

γ射线法测量高压管束间气液两相流的截面含气率分布

在立式蒸汽发生器垂直管束间的气液两相流中,截面含气率是其中一个重要参数。使用γ射线法对高温高压下垂直管束间气液两相流截面含气率的分布规律进行了实验研究。实验压力分别为5、7、9 MPa,质量流速为300 kg/(m~2·s),热力学干度的范围为0.003～0.4。实验得到了垂直管束间截面含气率随热力学干度、体积含气率和压力的变化关系;并与经典公式的计算结果对比发现,在低干度区域,实验结果与Miropolskii模型、Smith模型和Armand模型偏差较大,均大于30%,在高干度区域偏差较小;基于Armand理论,通过多元线性回归法拟合出本文工况下平均截面含气率的计算关联式,与日本核动力工程公司(NUPEC)的实验数据偏差小于15%。本研究对蒸汽发生器的结构设计和流动特性研究具有重要意义。     

R410A-油混合物在7 mm强化管内流动沸腾的换热特性

实验研究了环保替代制冷工质R410A-润滑油混合物在强化管内的流动沸腾换热特性,探索了质流密度、干度和平均油浓度对换热特性的影响。实验测试管为内螺纹强化管,长度为2000 mm、外径为7.0 mm。实验结果表明,纯制冷剂R410A的传热系数随干度的增大先增大后减小,峰值出现在干度为0.7～0.8左右;对于R410A-油混合物,在干度小于0.5的工况下,油的存在增强换热,在干度大于0.6的高干度情况下,传热系数随平均油浓度和干度的增大迅速降低。基于混合物性开发了R410A-油混合物在7 mm强化管内流动沸腾的换热关联式,新的关联式预测值与89%的实验数据的误差在±30%以内,平均误差为17.3%。     

竖直微肋管内LNG流动沸腾传热特性的分析

实验研究了竖直微肋管内液化天然气(LNG)流动沸腾传热特性,分析热通量、质量流量以及入口压力对LNG两相流动传热特性的影响。针对实验工况分别采用Kim关联式、Koyama关联式以及两种不同F_tp系数的Wellsandt关联式对传热系数进行预测,并将实验结果与预测结果进行比较。结果表明,在整个实验工况范围内,采用Koyama关联式预测准确性最好。     

基于查询表的环状流初始携带份额分析计算

气液两相流临界热通量对工业设备的安全性有重要影响,液膜干涸模型是预测气液相环状流临界热通量的有效方法。确定环状流起始点、初始和平衡状态的携带份额、携带现象的发生条件、液滴沉积率以及携带率对模型的计算精度都起着决定性的作用。通过大量研究目前已经得到了适用于不同条件下的经验关联式来预测此模型中的大多数参数,然而环状流起始点的初始携带份额至今仍需通过假设来确定。以广泛应用于核工业的临界热通量查询表为依据,针对界限含气率区间建立环状流液膜干涸模型,对使模型计算值满足查询表工况的初始携带份额进行分析,拟合得到其与Weber数及液相Reynolds数的关联式,预测值偏差大多在±30%内。     

乙烷-甲醇二元体系汽-液相平衡数据的测定与关联

采用静态分析法相平衡装置分别测量了乙烷-甲醇二元体系在273.15、280.15、287.15和294.15 K下的汽-液相平衡数据,四个温度下的汽-液相平衡数据均符合热力学一致性检验。采用带有Wong-Sandler混合规则的Peng-Robinson状态方程对实验数据进行关联,得到浅冷条件下乙烷-甲醇体系的二元交互作用参数k_(ij)为0.0187。对拟合计算结果与实验数据对比分析表明,压力的平均相对偏差为1.41%,液相摩尔组成的平均相对偏差为2.53%,拟合结果与实验数据关联良好,可以满足工程上计算与设计的需求。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10kW·m^-2,质流密度范围为300~500kg·m^-2·s^-1。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300kg·m^-2·s^-1工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500kg·m^-2·s^-1,其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。