超临界CO2螺旋槽管内冷却换热特性的数值模拟及实验研究

为了研究超临界CO₂螺旋槽管内的流动换热特性,本文首先在入口温度323.15 K、入口压力8.0 MPa、入口雷诺数35 000、总热量4 200 W的条件下对不同结构参数的螺旋槽管进行了数值计算,分析了各参数对换热系数及流动过程的影响,并根据换热评价因子,得到了最优螺旋槽管结构（管槽半径r₁为6.5 mm,管槽圆角r₂半径为2.0 mm,管槽槽深e₁为5.5 mm,套管间距e₂为1.0 mm,螺旋角w为0.70 rad）。在此基础上,实验研究了不同压力、不同入口雷诺数对换热系数的影响,得出其影响机理。分析换热系数的影响因素,并结合数值计算和实验数据,建立了超临界CO₂螺旋槽管内冷却换热关联式,并对实验数据进行了预测计算。结果表明,预测值与实验值的平均绝对值偏差为11.65%,最大绝对值偏差不超过25%,证明了其具有较好的准确性。     

超临界CO2在水平螺旋槽管内冷却换热的数值研究

建立了螺旋槽管的三维实体模型,使用ANSYS Fluent软件模拟了在不同的冷却压力、质量流量以及进口温度下超临界CO2在水平螺旋槽管内的流动与传热特性.结果 表明:流体的整体换热系数随冷却压力的增大而降低,随进口温度变化不显著;随着质量流量的增加,浮力效应所产生的影响降低,局部换热系数的峰值增大.在考虑了流体性质的基...     

超临界CO2/R41混合工质在螺旋槽管内冷却流动传热特性的数值研究

为降低超临界CO₂的工作压力并强化传热,在恒热流冷却工况下对螺旋槽管内超临界状态下CO₂和CO₂/R41混合工质的流动传热过程进行了数值模拟,分析了热流密度、质量流速和倾斜角度等因素对流动传热过程的影响。结果表明：相较于超临界CO₂,超临界CO₂/R41混合工质在临界压力差更大的情况下,其最大传热系数提高了7.7%,且传热系数衰减幅度更小;螺旋槽管在高温区的传热系数相较于低温区有明显提升,且热流密度越大,传热系数越大;受浮升力影响,倾斜角度小于0°时传热系数较大,倾斜角度在45°～90°时会发生传热恶化,且倾斜角度为-45°～45°时凹槽处会形成涡旋。     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO_2管内对流换热特性

提出了考虑小通道内流体温度变化时测量管内对流换热系数的扩展温度振荡法模型,该法可用于测量各种光滑表面通道内流动的局部对流换热系数。实测了典型压力温度条件下2mm内径不锈钢圆管内超临界CO2对流换热系数。     

超临界CO2水平细微管内层流流动与换热的数值模拟

对超临界CO2在水平细微管内层流流动与换热进行了数值模拟.给出了冷却和加热条件下,细微管(d＜1.0 mm)内有代表性的速度、温度剖面,以及Nusselt数随流体温度的变化.研究表明超临界CO2在水平细微管内层流流动时,由于流体热物性随温度剧烈变化,浮升力的影响非常显著,加强了管内换热;且由于流体强变物性特点,只要流体和壁面存在温差,速度及无量纲温度分布就不断变化,充分发展流不可能达到.研究结果对超临界CO2高效紧凑式换热器的设计与优化有重要的意义.     

螺旋槽管螺距与螺深对强化换热影响的数值研究

基于简化模型,对9根具有不同槽深和螺距的六头螺旋槽管的换热性能进行三维数值模拟研究。基于计算结果,分析螺旋槽管内的流动以及槽深和螺距对换热的影响。螺旋槽管的换热性能随螺距的减小而提高,螺距较小时换热性能随槽深的增大而上升,当螺距较大时槽深变化对换热性能影响不明显,甚至有负面作用。     

凝结换热下螺旋槽管特性及其节能

本文介绍了凝结换热条件下螺旋槽管特性及试验研究结果，列举了螺旋槽管凝结加热器的应用及其节能效果。     

螺旋槽管束管外对流换热特性的数值模拟

针对烟气横掠顺列螺旋槽管束外侧的流动传热问题,利用CFD技术、通过改变顺列螺旋槽管束的横向、纵向间距、螺距、槽深等结构参数,对烟气横掠螺旋槽管管外的流动传热特性进行数值模拟,分析多几何参数对螺旋槽管管外流动传热特性的影响,得出强化传热的原因和合理的结构参数。研究表明:螺旋槽管束管外传热特性数Nu比光管管束高7%-20.6%;随横向间距的增大,管外传热特性数Nu减小,烟气流动阻力也随之减小;纵向间距的增大使管外传热特性数Nu和烟气流动阻力均增大;增加螺距或减小槽深都可以强化换热,但烟气流动阻力也会增大;综合考虑,螺旋槽管束的横、纵向间距分别取s1/d=1.75-2,s2/d=1.5-1.75,螺距P取25-30 mm,槽深e取0.4-1 mm。     

轧槽管内单相对流强化换热及阻力特性的实验研究

通过实验对不同规格的轧槽管进行了强迫对流换热和阻力特性的研究。根据工程需要，选用适当的准则对这些管子的强化换热性能进行了评价，在实验范围内得出了最佳管型。     

管内强化对流换热的热力经济性分析

鉴于管内换热和阻力同步增长的事实,依据Ｗｅｂｂ指标对管内强化对流换热方式下传热和流阻的综合热力性能进行了推导,得到了热力性能指标Ｑ／ＱＳ、Ｐ／ＰＳ和Ｆ／ＦＳ与管内对流换热努氏数Ｎｕ和管内阻力系数λ之间的函数关系式。在此基础上,对螺旋槽管强化管内换热的热力性能进行了分析。     

不锈钢螺旋槽管水平强化传热的实验研究

本文对低导热系数的水平不锈钢螺旋槽管进行了凝结换热实验研究，并对不锈钢管的壁温测量进行了探索，通过分析得到了水平单头不锈钢螺旋槽管的水测对流换热系数准则方程。     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO2管内对流换热特性

提出了考虑小通道内流体温度变化时测量管内对流换热系数的扩展温度振荡法模型,该法可用于测量各种光滑表面通道内流动的局部对流换热系数.实测了典型压力温度条件下2mm内径不锈钢圆管内超临界CO     

长导程双头螺旋槽管换热与流动阻力性能试验研究

对3种相同基管外径、不同螺旋尺寸的长导程双头螺旋槽管进行试验,并与相同基管外径的光滑管进行比较.计算不同工况下螺旋槽管和光滑管管内和管外的表面传热系数,进行换热综合性能评价,并分析了螺旋尺寸对换热性能和流动阻力性能的影响.结果表明:长导程双头螺旋槽管的管内表面传热系数在旺盛湍流区和过渡流区都优于光滑管,且在过渡流区表面传热系数的增大程度更大,而壳程表面传热系数在旺盛湍流区和过渡流区的增大程度有限,螺旋尺寸主要影响管内换热而对管外换热的影响不大,本试验中1号管的综合性能最好.     

螺旋槽管换热过程的三维速度场与温度场耦合数值模拟

根据螺旋槽管换热器结构特点及传热特性,建立了以水为工质的换热器流动与传热的三维几何模型。运用有限元分析软件ANSYS模拟出换热器在换热过程中速度场与温度场的状况,分别得到了螺旋槽管内壁与外壁的对流换热系数。结果表明:槽深越大,随着Re增大,换热性能越好;当Re较小时,螺距越大,换热效果降低。其与该类光管换热器相比,得出螺旋槽管的换热系数是光管的2.5倍左右,强化了传热,为此产品的进一步理论研究和推广应用提供了依据。     

流向微槽对涡轮叶片冷却通道内流动及换热特性的影响分析

在综合流向微槽表面流动及传热特性的基础上，结合涡轮叶冷却通道内的流动和换热特性，提出了将流向微槽表面应用于涡轮叶片的冷却通道，分析研究流向微槽的影响，以期为涡轮叶片的冷却寻找更有效的技术。     

用于太阳能超临界CO2布雷顿循环的流态化颗粒换热试验与模拟

搭建30 kW浅层多级流态化颗粒换热试验台,在约1.5倍临界流化速度、换热器采用直管管束逆流形式布置时颗粒侧换热系数可达590～860 W/(m2·K).采用双欧拉流体模型对流化床内水平埋管管束换热进行数值模拟,模拟结果与试验结果偏差在10％以内.利用析因设计与线性回归模型研究颗粒粒径、颗粒导热系数和流化气体速度对流态...     

CO2不同螺纹管管外强化换热的实验研究

通过对CO2的物理特性及水平光管与不同螺纹管管外沸腾换热进行实验研究,得出了换热系数随蒸发压力和热流密度的变化关系。拟合得出CO2在蒸发压力的范围为2.6~3.6MPa、热流密度为10~50 kW.m-2的换热关联式h=A.qn。与Cooper预测值的偏差在±15%之内,与Ribatski关联式预测值的偏差在±7%之内,与Ye实验关联式预测值的偏差在±9%之内。在CO2在光管管外沸腾换热的基础上进一步研究其在螺纹管管外沸腾对换热的强化效果,为CO2强化换热进一步发展提供依据,具有一定工程实践意义。     

管内单相对流强化换热及阻力特性的实验研究

通过实验对光管、内覆丝网管、轨槽管及多头内肋管进行了强迫对流换热和阻力特性的研究。根据工程需要，选用适当的准则对这些管子的强化传热进行了评价，在实验范围内得出了最佳管型。     

超临界R134a在ORC系统中的换热特性分析

采用有限元分析软件FLUENT对超临界有机朗肯循环系统中的换热器进行数值分析,进而对其进行设计和优化。超临界R134a在长为2 100 mm,直径为4 mm的光管换热器中分别进行向上流动和向下流动。换热边界条件是定热流密度,流体的进口压力P为4.5 MPa,进口温度Tin为349 K。分别探究热流密度q、质量流量G、热流质量比q/G和浮升力对传热特性的影响。采用无量纲数Bo来预判浮升力对传热的影响。虽然Morky的工作流体不是超临界R134a,但他们的经验公式也能用来更好地预测超临界R134a在光管中向上流动的传热特性。