水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

润滑油对超临界二氧化碳对流换热特性的影响

为了得到加热条件下润滑油对超临界二氧化碳换热特性的影响,利用Fluent软件建立CO₂/润滑油两相混合物流动传热模型,通过改变润滑油浓度、质量通量、热通量和压力进行换热特性分析。结果表明,润滑油的存在显著削弱超临界二氧化碳的对流换热过程,随着润滑油浓度的增加,对流换热进一步恶化。当油浓度小于1%时,不影响对流传热系数的变化趋势,当油浓度超过3%,温度高于二氧化碳拟临界温度时,传热恶化程度降低。热通量的增加使得对流换热进一步恶化,提高质量通量能有效改善对流换热恶化现象。二氧化碳在润滑油中的溶解度直接影响对流换热过程,提高运行压力可增加二氧化碳在润滑油中的溶解度以降低高润滑油浓度下的传热恶化程度。     

润滑油对超临界二氧化碳对流换热特性的影响

为了得到加热条件下润滑油对超临界二氧化碳换热特性的影响,利用Fluent软件建立CO_2/润滑油两相混合物流动传热模型,通过改变润滑油浓度、质量通量、热通量和压力进行换热特性分析。结果表明,润滑油的存在显著削弱超临界二氧化碳的对流换热过程,随着润滑油浓度的增加,对流换热进一步恶化。当油浓度小于1%时,不影响对流传热系数的变化趋势,当油浓度超过3%,温度高于二氧化碳拟临界温度时,传热恶化程度降低。热通量的增加使得对流换热进一步恶化,提高质量通量能有效改善对流换热恶化现象。二氧化碳在润滑油中的溶解度直接影响对流换热过程,提高运行压力可增加二氧化碳在润滑油中的溶解度以降低高润滑油浓度下的传热恶化程度。     

喷气冷却转炉炉壳表面的温度场模拟计算和效果分析

分析了转炉炉壳喷气冷却结构布置特点,建立了描述转炉炉壳喷气冷却热交换的控制方程和边界条件,利用FLUENT软件进行流动-传热耦合数值模拟求解.结果表明,在各空气喷射冷却条件下,喷射冷却模块内气体流动状态和炉壳表面温度分布相似;随着喷射空气流量增加,喷流速度增大,对流换冷却使炉壳表面温度降低效果明显:当喷射空气流量增加到一定程度后再继续增加,喷射流冲击强烈的上部区域温度可以持续降低,但对表面下部温度的降低变得不明显;在适宜喷流供气参数条件下,炉壳表面上、下最大温差的最小值约为180℃.     

气淬高温熔渣颗粒运动和换热特性的数值分析

建立了高炉渣颗粒运动与换热过程的数学模型,利用FORTRAN语言编写程序,通过四阶Runge?Kutta方法求解其动力学和传热方程,计算时充分考虑熔渣与冷却空气主要热物性参数随温度的变化,采用温度回升法计算熔渣凝固过程释放的潜热,提出在气淬空气中添加喷雾强化熔渣冷却,考察了渣粒尺寸对换热过程的影响。结果表明,飞行过程中渣粒速度受气淬空气影响先增大后减小;温度降低趋势随运动距离增加而减小,主要受对流换热系数影响,凝固过程持续时间较短;喷雾使渣粒在飞行过程中整体冷却速率明显升高,最终温度明显降低,而对熔渣的运动影响较小;相同初始工况下,熔渣粒径越小,运动越易受流场影响,渣粒整体冷却速率较高,换热效果越好。     

螺旋折流板菱形翅片管换热器的传热与流阻性能

引　言近年来的研究[1～ 6] 表明 ,螺旋折流板换热器的螺旋折流板使流体在壳侧呈连续柱塞状螺旋流动(即 plug流 ) ,不会出现传统折流板换热器内的流动“死区” ,并且由于旋流产生的涡与管束传热界面边界层相互作用 ,使湍流度大幅度增强 ,有利于提高壳侧传热膜系数 .PStehlik等[2 ] 对螺旋折流板换热器进行研究得出 ,相同条件下与传统弓形折流板换热器相比 ,换热器的传热系数提高 1 8倍 ,流动阻力降低 2 5 % .陈世醒等[6] 研究发现 ,对于水这样的低黏度流体 ,相同流量单位压降的壳程对流传热系数 ,螺旋折流板换热器约为普通弓形折流板换热器…     

脉动燃烧尾气冲击流传热特性的实验研究

对脉动燃烧尾气冲击流的传热将性进行了实验研究。利用自制的小型Helmhonz脉动燃烧器产生的尾气直接冲击陶瓷板，改变不同参数并测量各点温度随时间的变化，以预测纸张或织物等平面物料的传热特性及流动特性；根据测量数据得出了不同条件下的传热系数曲线；对脉动尾气流增强传热的可能原因进行了讨论。     

焦化炉管外壁温度与炉管结焦厚度对应关系的研究

基于传热边界层理论,借助于前期开发的过程模拟技术及炉管管焦导热系数测定值,给出了不同对流传热系数及炉管表面热强度分布下炉管外壁温度与结焦厚度之间的对应关系。     

微尺度通道内R134a的冷凝传热实验研究

建立采用射流冲击进行制冷剂冷却的冷凝传热实验系统,对当量直径为0.63 mm矩形微尺度通道内制冷剂R134a的冷凝传热特性进行研究。实验参数范围是制冷剂干度0~1,质量流率115~290 kg/(m²·s）,饱和压力0.35~0.5 MPa,实验获得了不同工况下微尺度通道的局部冷凝传热系数,并分析了制冷剂各参数对冷凝传热的影响。实验结果表明：冷凝过程中沿制冷剂流动方向,局部冷凝传热系数会随着干度减小而减小;在一定饱和压力下,局部冷凝传热系数与局部热通量相对应;冷凝传热系数随着饱和压力减小而增大。基于实验数据,整理出适用于本实验工况下微尺度通道内R134a的冷凝传热计算公式。     

水合物浆体在水平细管中的流动相变换热

实验测量了质量分数为0~19.2%的TBAB水合物浆体在恒热流条件下在小管径内流动时的流动传热特性。利用数值计算获得管内浆体的沿程温度分布,在此基础上得到水合物浆体在小管径内的强制对流传热特性。结果表明加热功率对小管径管道中的浆体传热特性有较大影响;在层流状态下,流速对传热系数的影响相比紊流时要小。在实验数据基础上总结出了TBAB水合物浆体在小管径管内的对流换热经验关联式。     

考虑局部非热平衡的流体层流横掠多孔介质中恒热流平板的传热分析

对流体层流横掠多孔介质中恒热流加热的平板,应用Brinkman-Forchheime-extended Darcy流动模型和流体与多孔介质之间局部非热平衡理论建立守恒方程组,应用数量级分析和积分法,得出了速度边界层厚度、热边界层厚度、壁面黏性摩擦系数和对流传热系数、流体与多孔介质之间局部温差的计算公式。结果表明,速度边界层与光板时明显不同,其在平板前端迅速增长,之后越来越平坦,趋于一个恒定值;而热边界层则沿着流动方向不断增长,类似于光板时的情况;局部的表面对流传热系数在平板前端达最大值,之后逐渐减小,也类似于光板时的情况;多孔介质与流体间的局部温差在平板前端达最大值,之后呈现沿着流动方向逐渐减小的变化趋势。     

微/小圆柱针肋热沉传热特性

圆柱形微/小针肋热沉热阻由底板及微/小肋热传导热阻、冷却液与肋间对流换热热阻以及冷却液吸热焓变热阻等组成。以去离子水为冷却液,恒定热流下,进行了叉排排布的不同尺寸的微/小圆柱形针肋热沉的单相强制对流传热实验,实验Re为100～1000,加热功率为50～300 W。实验表明：微/小圆柱形针肋热沉的Nu随Re和加热功率的增大而增大,当Re=600时对     

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%。     

插入双面有三角形翅片的金属带对热交换管中流动和传热特性的影响

The convective heat transfer and friction behaviors of turbulent tube flow through a straight tape with double-sided delta wings(T-W)have been studied experimentally.In the current work,the T-W formed on the tape was used as vortex generators for enhancing the heat transfer coefficient by breakdown of thermal boundary layer and by mixing of fluid flow in tubes.The T-W characteristics are(1)T-W with forward/backward-wing arrangement,(2)T-W with alternate axis(T-WA),(3)three wing-width ratios and(4)wing-pitch ratios.The experimental result reveals that for using the T-W,the increases in the mean Nusselt number(Nu)and friction factor are,respectively,up to 165%and 14.8 times of the plain tube and the maximum thermal performance factor is 1.19.It is also obvious that the T-W with forward-wing gives higher heat transfer rate than one with backward-wing around 7%. The present investigation also shows that the heat transfer rate and friction factor obtained from the T-WA is higher than that from the T-W.In addition,the flow pattern and temperature fields in the T-W tube with both backward and forward wings were also examined numerically.     

基于热力学第二定律的ORC蒸气发生器性能优化

为了更深入地研究低温余热驱动ORC系统的设计与优化,建立了有机朗肯循环蒸气发生器主要热力性能计算模型,基于热力学第二定律,以蒸气发生器单位换热面积工质?升作为性能优化目标函数,选取了R245fa作为循环工质,在给定烟气进口温度以及保证循环工质在蒸气发生器出口为饱和蒸气条件下,对不同工况下的工质质量流速进行优化,并分析了在一系列换热管管径下,烟气入口温度、工质入口压力、管外对流传热系数、单根换热管烟气质量流量对目标函数及工质最优质量流速的影响。结果表明：工质入口压力与管外对流传热系数对最优工质质量流速影响显著,随着工质入口压力与管外对流传热系数的增大,最优工质质量流速增大,对应的换热管径减小;而烟气入口温度、单根换热管烟气质量流量对最优工质质量流速影响甚微。     

格拉斯霍夫数物理意义的种解释方法简

格拉斯霍夫数是将影响对流传热膜系数因素进行量纲分析得到的无量纲数。国内外几乎所有《化工原理》教材均将其解释为表征自然对流的影响,但解释过程均较为模糊。本文以一垂直平板与大空间液体的自然对流传热过程为例,将流体在垂直平板附近的热边界层内流动等效到圆管内流动,直接用泊稷叶公式计算出热边界层内流体流动为层流时的环流速度,取等效圆管的当量直径为特征尺寸,明确得到格拉斯霍夫数是雷诺数的一种变形,表征自然对流时惯性力与黏性力之比。     

Numerical Analysis of Thermal Development of Laminar Flow in a Concentric Multilayer Annulus

The thermal behavior of laminar flow in a concentric multilayer annulus is investigated numerically for varying dimensionless inner radii and a defined number of fluid layers. Under a hydrodynamically developed flow assumption within the fluid layers, the development of temperature profiles and heat transfer along the annulus are analyzed for two different boundary conditions. The mean temperature distribution, local Nusselt number, and mean Nusselt number are discussed in detail with an emphasis on the effects of the inner radius and number of fluid layers. The obtained results indicate that the change in heat transfer coefficient in a layered annulus is more pronounced at a small inner radius or larger radius ratio. A further insertion of more than ten layers has insignificant influence on the convective heat transfer in a layered annulus.     

Study of an air-lift system,Part II: Heat transfer in co-current,vertical two-phase,non-boiling flows

Heat transfer at the inner wall for co-current vertical air-water mixture flow has been investigated in a 161.5 mm diameter pumping tube of an air-lift system. The experimental heat transfer coefficients were found to be significantly higher than those calculated from a single liquid phase correlation for the same liquid flow rate. The enhancement of heat transfer was found to be related to the flow pattern. A decrease of the heat transfer coefficient was observed in the transition region from slug flow to churn flow. Hydrodynamic and heat transfer models have been used to describe heat transfer during the slug flow regime and a correlation is proposed for the heat transfer coefficient in the liquid plug behind the gas bubble.     

内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性的对比分析

内插扰流元件是一种可操作性强的管内强化传热方式,其强化传热机理主要是在管内诱导产生了二次流。在均匀壁温热边界条件下,对内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性进行了数值分析。研究发现：在扭带基础上裁去部分面积相同的条件下,管内插等腰梯形涡产生器的换热能力最强,直角梯形涡产生器次之,矩形涡产生器的换热能力最差,管壁上的局部Nusselt数的峰值所在圆周位置及其大小与涡产生器形状有关,而不同形状的涡产生器对管内流动的阻力系数影响较小。插入涡产生器后,管内二次流强度参数Se和平均Nusselt数Nu均随Reynolds数Re的增大而增大,二者随Reynolds数Re的变化规律具有一致性。平均Nusselt数Nu与二次流强度参数Se呈幂函数相关,内插涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

微通道内超临界氮气三维热流场实验与数值模拟

利用实验与数值模拟相结合的方法研究了超临界氮气（SCN₂）三维热流场特性,在用实验数据验证数值方法可靠性基础上,分析了压力（3.6~7 MPa）和质量流速［800~1200 kg/（m²?s）］对SCN₂对流传热特性的影响,揭示了微通道圆管不同圆周方向上SCN₂热流场规律。结果表明：在低压力和高质量流速下,同一轴向位置处,径向内壁温最大值出现在圆管90°处;质量流速越大,内壁温最大值和对流传热系数最小值由圆管180°向90°处发生了转移;当浮升力系数Gr*/Re²>1时,浮升力有利于强化圆管底部区域流体传热能力;基于获得的数据,提出了一个新的适合预测微通道圆管内SCN₂对流传热特性的无量纲换热关联式,预测误差小于20%。研究结果为微通道换热器优化设计提供了参考。