H2O-CO2、H2O-N2、H2O-He水平管外自然对流凝结换热特性研究

不凝性气体制约换热设备安全和系统效率,为研究不凝性气体-蒸气于水平管外自然对流凝结换热机理和特性,实验测量了不凝性气体He、N₂、CO₂质量分数分别为1.16%~18.18%、7.56%~60.86%、11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~101 kPa的H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂自然对流条件下水平管外凝结换热特性,对比分析了H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂的不凝性气体质量含量、壁面过冷度以及压力因素的影响。压力和壁面过冷度一定,相同质量分数时,实验凝结传热系数与Nusselt理论解的比值(Q/Q_Nu)由大到小依次为：H₂O-CO₂、H₂O-N₂、H₂O-He;相同摩尔分数时,Q/Q_Nu由大到小依次为：H₂O-He、H₂O-N₂、H₂O-CO₂。相同总压力和不凝性气体质量分数时,H₂O-He的Q/Q_Nu随着壁面过冷度的增加下降最为缓慢。相同不凝性气体质量分数和壁面过冷度时,H₂O-He的Q/Q_Nu值最小,其受压力影响最为显著。     

基于全息术的水平偏置椭圆管自然对流换热

采用全息术实验研究水平偏置椭圆管层流自然对流换热,分析了长轴从水平方向到竖直方向不同角度的换热规律,记录了无限大空间水平椭圆管偏置角为0°~90°的干涉图,通过反演椭圆管周围的温度场得到了椭圆管表面的局部和平均Nusselt数。实验结果表明,长轴从水平位置偏置到竖直位置时,换热逐渐增强;长轴位于水平位置和竖直位置时,换热最小值均位于椭圆管上方,最大值则位于椭圆管长轴附近。研究结果与文献中已有的数值和实验结果吻合较好,可为今后热管换热器的设计提供优化方向,也可为工程应用提供检测方法。     

缩放管及改型缩放管内的自然对流换热研究

对普通缩放管、改型缩放管和光滑管进行了自然对流换热的实验研究 ,得到了这三种传热管的自然对流换热系数与热流密度的关系 ,并估算了自然对流段中的阻力损失。实验结果表明 ,改型缩放管和普通缩放管的自然对流换热系数分别比光滑管提高 1 8.3 %和 8.9% ,但管内阻力损失相差不大 ,说明改型缩放管适用于自然对流强化换热的场合。     

横向大剪切干涉应用于水平圆管自然对流换热

将横向大剪切干涉技术扩展到温度检测以及传热分析等应用场合中,得到了大空间自然对流水平圆管壁温从400℃降至13℃的整个过程的实时干涉条纹,然后根据一维无限长假设反演出相应的温度场,最终得到了多个壁温下沿圆周各个方向的温度梯度值,并拟合了Rayleigh数和Nu_ave之间的准则关系式。实验结果表明虽然壁面0°附近部分真实条纹可能被圆管竖直倾角引发的阴影遮挡而造成条纹级数检测值有轻微误差,但这不会对换热分析造成显著影响。与文献中主流准则关系式对比可知,利用横向大剪切干涉技术仅需简单的后处理即可得到具有很高的时间、空间分辨率的自然对流换热的可信数据。研究结果为今后热管换热器的理论研究和工程应用提供了参考。     

水平螺旋扁管内载气汽油蒸气的凝结换热

采用实验的方法,研究了空气质量含量在2%～13%范围内,汽油蒸气在水平螺旋扁管内的凝结换热,并与同样条件下水平光管内的凝结换热进行了对比分析。实验结果表明,随着不凝气体质量含量的增加,螺旋扁管内的凝结换热减弱,在相同条件下,螺旋扁管的平均换热系数高于光管。同时,提出了水平螺旋扁管内凝结换热的实验关联式。     

梯度磁场作用下自然对流换热强化

为验证梯度磁场作用下自然对流换热的变化规律,揭示热磁对流现象的机理,利用钕铁硼永磁体构建了楔形梯度磁场空间,并对位于该空间的封闭腔内的氧气自然对流换热进行了实验研究.实验获得了氧气自然对流的激光散斑干涉图像,通过数据处理得到了氧气自然对流的温度场,进而获得了壁面局部Nu分布.结果表明,磁加速度近似与重力加速度方向相同的永磁梯度磁场布置可使氧气自然对流换热过程得到强化.     

R417A和R22在光管和强化管外的凝结换热特性比较

对氟利昂R417A与R22在水平单管外的凝结换热性能进行了试验研究,试验工况温度40℃,试验管为光管和两根双侧强化管(其中C32为肋密度50fpi二维强化管,C36为相同肋密度三维强化管).目的是获得R417A在光管、二维、三维强化管外的凝结换热特性,进而研究R417A替代R22的可行性.通过Wilson热阻分离试验获得管内对流换热系数,进而从总传热热阻中分离出管外凝结换热热阻.结果显示,光管管外R22凝结Nusselt理论值与实验值偏差在±5％以内.R417A在光管外凝结换热系数约为R22的65％,而在C32、C36管外凝结换热系数分别占R22的50.8％～60.0％,31.7％～42.7％.R22在三维强化管C36外凝结换热系数是相同肋密度下二维强化管C32的1.27～1.44倍,而R417A在C32管外凝结换热系数略高于C36管,表明三维强化表面未必能进一步强化非共沸工质R417A的凝结换热.     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO2扁管内对流换热特性

引　言近年来ＣＯ2 跨临界制冷系统已引起了学术界和工业界的极大关注 .在空调、热泵及系统组件方面已进行了大量研究工作[1～ 4 ] .对车辆空调和一些一体化机组而言 ,紧凑、质量轻的热交换器十分必要 ,小直径换热管或微通道换热管有可能扮演重要角色[5] ,并且也有利于解决系统的高压设计问题 .在实际应用中一个需要深入研究的问题是ＣＯ2 跨临界制冷系统气体冷却器内的超临界换热过程 .文献 [6]对一般应用条件下的超临界换热做了详尽评述 .文献 [7]则针对ＣＯ2 制冷的应用条件对超临界换热做了介绍 .总体而言 ,现有的可用实验数据范围有限 …     

钻井液对流换热特性模拟研究

钻井液流动换热能力是影响深层超深层钻井时效的主要因素,如何强化钻井液换热对于钻头冷却具有重要意义.为探究钻井液对流换热特性,本文基于Fluent流动换热的数值模拟,建立钻井液垂直管道流动换热模型,得出钻井液对流换热系数随温度、流速的变化规律.对钻井过程冷却循环的技术的提升有重要意义.     

HFC134a水平二维与三维肋管外冷凝换热特性

环保工质与高效冷凝管的应用对制冷行业实现节能减排意义重大,工质在强化管外膜状凝结换热特性是二者推广应用的关键。建立了水平管外膜状凝结换热试验系统,研究了HFC134a在4种二维肋管与2种三维肋管外的膜状凝结传热特性。试验管公称外径为19.05 mm、有效换热长度为1000 mm;试验中,通过改进的Wilson图解法获取试验管水侧对流传热系数。结果表明:HFC134a水平二维与三维肋管外冷凝传热系数分别达到同热通量下光管的11倍与19倍以上;HFC134a工质对应最佳二维肋管的肋密度在1069~1575fpm(肋每米)之间、肋高在0.7~1.5 mm之间,对应最优三维肋管(与本文试验肋型相似)肋密度低于2000fpm;既有二维肋管膜状凝结换热模型需要进一步完善,肋管结构优化过程中应遵循优先提升肋密度的原则。     

水平管内纯饱和蒸汽强制对流冷凝局部换热特性

通过对水平管内饱和纯蒸汽强制对流冷凝换热的实验研究, 分析在管内两相流型为环状流-半环状与波状流时, 质量含汽率、蒸汽入口流速和压力对蒸汽冷凝换热的影响, 并得到了同时适用于这两种流型的计算局部冷凝传热系数的经验关联式。结果表明:局部冷凝传热系数在环状流-半环状流及波状流下均随质量含汽率和压力的降低而减小;在环状流-半环状流下, 随蒸汽入口流速的升高而增大, 在波状流下, 随蒸汽入口流速的增大而减小;实验拟合所得到的换热经验关联式与实验结果符合良好, 偏差在±20%以内。     

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性的实验研究

对换热长度为3.4 m、内径为38 mm的真空水平管内的蒸汽凝结流动换热特性进行了实验研究。分析了蒸汽质量流率小于9 kg/(m²·s),蒸汽饱和温度为50、60和70℃,换热温差为3~7℃时对凝结过程的影响。通过对分层流动冷凝换热机理分析,建立了热分区角计算模型。实验结果表明,热分区角随着质量流率的增加而增加,随着传热温差的增大而增大;饱和温度对管内凝结的局部传热系数和热分区角影响较小。通过以热分区角为分区界限,建立了局部传热系数经验关联式,在预测实验工况下,对于管顶部膜状冷凝区,预测精度在±25%以内;对于管底部冷凝液对流换热区,预测精度在+25%~-35%。     

水平管内含空气蒸汽流动冷凝局部换热特性

通过进行含空气蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热实验,结合流型判断结果,详细分析了空气质量分数、混合气流速和压力以及换热管内壁面过冷度对局部冷凝传热系数的影响。结果表明:局部冷凝传热系数始终随空气质量分数的增加而减小,随混合气总压的增加而增大;在环状流下,局部传热系数主要受混合气流速影响;在波状流下,局部传热系数大小由局部空气含量和波状流的发展程度决定;在分层流下,局部传热系数受壁面过冷度影响。     

水平光滑细管内R32冷凝换热的流型特性

采用可视化的方法,对流体R32在内径2 mm 的水平光滑圆管内冷凝换热的流型进行了观测实验,实验设定的流体饱和温度为40℃,质量流量分别为100、200、400 kg·m^-2·s^-1。观测到的主要流型为塞状流、弹状流、环波状流和环状流。通过实验观察,发现随着流量的增加环状流的流型区域增加,流型由环波状流转换成间歇流的干度推迟,其分界线为一条斜线,主要是由于随着流量的增大,气液表面剪切力增大促进了环波状流的形成。借鉴量纲1准则数提出间歇流与环波状流分界线公式。将实验值与其他5种流型模型进行了对比分析,发现只有与Yang-Shieh模型比较吻合。     

波纹管管外冷凝特性的研究

以煤油蒸汽和水蒸气为工质研究了波纹管管外冷凝时的传热特性。试验中采用内管为波纹单管的套管换热器,分为水平和垂直2种布置方式。在不同流速下,根据试验测量的温度和流量等参数计算波纹管管外传热系数;并与相同参数(流速、温度)条件下光管管外传热系数的理论计算值进行比较。结果表明:随液相雷诺数的提高,传热系数随之提高,相对光管,波纹管管外传热系数有明显提高;波纹管有效地增强了管外冷凝传热;水作为单一工质相对于多组分的煤油,波纹管对其管外冷凝强化效果更好。     

HFC245fa水平光管与强化管管束外冷凝换热

试验研究了新型环保工质HFC245fa在光管与强化换热管管束上的冷凝换热特性。试验管束由4列排深为5排的列管构成,换热管公称外径为19.05mm、有效换热长度为1000mm。试验中,通过改进的Wilson图解法获得强化换热管水侧对流传热系数,利用2接点温差电偶测试蒸气与冷却水温差(±0.025℃),利用热电偶通过小周期标定法获取试验管进出水温差(±0.01℃);考察了冷凝温度、热通量对冷凝换热的影响。研究结果表明:HFC245fa在光管单管外冷凝传热系数与Nusselt模型预测值一致性较好;同热通量下,强化换热管单管上的冷凝传热系数为光管的13.5倍;光管管束上的试验结果比Nusselt管束模型预测值高20%～50%;强化管冷凝换热性能受作用热通量的影响较大。试验结果对工质与新管材推广、应用具有指导意义。     

螺旋槽管外含高浓度不凝组分蒸汽冷凝传热研究

分析了含高浓度不凝组分蒸汽在立式螺旋槽管表面强制对流冷凝的传热机理。在不凝性组分体积百分浓度超过９０％时，螺旋槽管的强化传热效果不明显，而含量为４４％～９０％时，螺旋槽管总换热系数比光滑管提高２０％～３５％。     

振动流化床中大颗粒与水平管局部传热特性

在二维振动流化床中,以平均粒径1.83 mm的玻璃珠为物料,研究了大颗粒与水平管间局部传热规律;考察了气速、振动频率等因素对局部传热系数的影响,同时与小米和小玻璃珠实验结果进行对比。结果表明:大颗粒与小颗粒局部传热系数有很大差异;对于大颗粒,低速下局部传热系数随振动频率的增大先增加后减小,高速下局部传热系数随着振动频率的增加而降低;一定振动频率下,气速小时局部传热系数在60°左右达到最大,气速逐渐增加后,其最大值向90°转移。通过实验数据得到了计算大颗粒与水平管局部传热系数的关联式,计算值与实验值吻合较好,误差在±20%范围内。结果可为带浸没水平管的振动流化床设计和研究提供参考。     

超临界CO2在水平螺旋管内的冷却换热特性

采用数值模拟和实验结合的方法研究超临界CO₂在水平冷却螺旋管内的换热特性。研究了质量流量、热通量及压力对传热系数的影响,并比较了直管和螺旋管在加热和冷却条件下的换热特性。结果表明,与直管相比,螺旋管对换热的强化作用随着质量流量的减小和压力的增加而增加。在相同热通量条件下,螺旋管的冷却换热的传热系数比加热的传热系数高,且由于浮升力的影响,加热条件下传热系数存在较大的振荡。