超临界变压运行直流锅炉内螺纹管螺旋管圈水冷壁的传热特性研究

在压力9~28MPa,质量流速600~1200kg/(m2s),内壁热负荷200~500kW/m2的工况范围内,研究了Φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(倾角α=19.5o)中水的传热特性。试验结果表明:在亚临界压力区,内螺纹管传热强化作用明显,有效地抑制了膜态沸腾的发生,但在近临界压力区此传热强化作用有所减弱。超临界压力区拟临界温度附近,内螺纹管内壁面与流体之间的温差较之前有所增加,但是此增幅远没有亚临界压力区发生传热后的壁温飞升幅度大。随着系统压力接近临界压力,拟临界点附近管壁与工质的温差显著增加。在超临界压力区,不同的质量流速与热负荷比例下,在大比热区内螺纹管内流体传热可能被强化也可能被恶化。在超临界压力下,由于螺旋内槽的旋流作用减弱了自然对流的影响,倾斜上升内螺纹管内壁温度的周向分布比较均匀。在高焓值区内螺纹管的周向最大温差只有10℃左右。文中提出了在考虑大比热区工质物性剧烈变化对传热影响的情况下,倾斜上升内螺纹管顶部内壁传热系数的试验关联式。     

超临界压力下二氧化碳在套管换热器内传热特性数值模拟

在超临界二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程中，存在超临界压力下冷热2股二氧化碳间的流动传热过程，其传热特性是影响相应系统性能的关键。本文以套管换热器为原型，对超临界压力下的冷热二氧化碳间的传热特性开展了数值模拟研究，分析了热流体入口温度、冷热流体入口流量对于传热特性的影响和周向的传热特性分布。结果表明:随着热流体入口温度的变化，热侧和冷侧的局部换热系数产生相应的变化和波动，同时冷侧局部换热系数在主流温度接近拟临界温度时，会出现明显的传热强化现象；另外，热侧二氧化碳质量流量的上升，会使得热侧换热系数提高，冷侧换热系数峰值减小且向冷流体入口处移动，而随着冷侧质量流量的上升，冷侧换热系数峰值增大且向冷流体出口处移动。这是由于套管换热器为水平布置，传热特性在周向上产生了明显的不均匀现象，其与流体密度变化在重力作用下的局部湍流效应增强和削弱有关。本研究对新型二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程的开发和设计具有指导意义。     

超临界压力CO_2在倾斜光管内换热特性数值分析

对超临界压力下CO_2在内径为10mm、长度为2000mm的不同倾斜角度(a=0°、30°、45°、60°、90°)光管内向上流动传热特性进行数值模拟研究。采用超临界压力CO_2在垂直光管内向上流动传热实验数据,评估了AKN、YS、LS和AB 4种低雷诺数k-e湍流模型和SST k-w湍流模型预测超临界压力CO_2传热恶化和正常传热的能力,发现SST k-w模型可以获得较准确的计算结果。基于超临界流体在类临界点T=T_(pc)处发生类液–类气"相变"的角度,研究了圆管倾斜角度对超临界压力CO_2传热的影响,通过获取圆管内详细的温度分布、物性分布和速度分布等信息,分析了顶母线和底母线管壁温度产生差异的原因,重点讨论了倾斜圆管顶母线发生传热恶化和传热恢复的机理,确定了类气膜厚度和性质、湍动能k以及黏性底层厚度等是影响超临界CO_2传热过程中壁温分布的主要因素。     

超临界二氧化碳传热恶化现象研究进展

超临界二氧化碳（S-CO2）循环发电技术由于灵活性强、发电效率高、设备紧凑、可实现热电完全解耦、满足快速调峰需求等优势,成为国家能源局《能源技术创新“十四五”规划》的重要专题。虽然S-CO2作为工质带来诸多优势,但也会伴随传热恶化现象,对发电系统造成严重损害。本文从S-CO2的物性参数和传热特性2方面展开,综述了国内外针对S-CO2工质传热恶化现象的研究进展。现有研究表明:S-CO2物性获取的手段并不完善,其中高温高压区实验数据有待补充,近临界区计算精度较差;针对S-CO2传热特性进行的研究较为丰富,但涉及参数范围较窄;数值模拟湍流模型选择存在争议;现有针对传热恶化建立的标准缺乏评估和对比,适用工况有待验证。基于以上结果,对后续工作提出了建议,以期为S-CO2循环发电系统的分析设计及健康运行管理提供参考。     

变湍流Prandtl数模型在垂直上升管内超临界水传热数值模拟中的应用

为了准确地预测超临界压力水的传热恶化（HTD）,本文分析了湍流Prandtl数（Prt）对超临界压力水传热的影响。在理论研究的基础上,提出了一种与物理性质相关的可变Prt模型。利用所提出的Prt模型以及其他2个先前的Prt模型和2个常数Prt模型对垂直上升加热管内超临界水传热进行了数值模拟,通过与文献中的2组传热恶化工况下的实验数据进行对比评估,发现本文所提出模型能更准确地预测壁温。     

水平管内低质量流量超临界二氧化碳异常传热行为研究

研究了水平管内低质量流量超临界二氧化碳(S-CO₂)异常传热行为，采用Fluent软件模拟了水平管内低质量流量条件下S-CO₂传热过程，分析了加热和冷却条件的异常传热行为和热流密度对传热影响。结果表明：热边界条件为压力8 MPa、质量流率200 kg/(m²·s)、热值比q/G=0.2 kJ/kg时，S-CO₂管内流动冷却过程中上、下壁面温度均沿程降低，在S-CO₂主流温度达到拟临界温度时，距离入口551.0 mm处上壁面换热系数出现突变峰值，该处传热强化；S-CO₂管内流动加热过程中上壁面温度均先沿程升高，而后下降至395 K后缓慢上升，下壁面温度短暂降温后缓慢升温，距离入口69.5 mm处上壁面传热系数出现谷值，该处传热恶化；热流密度的增大使加热条件下换热恶化程度加剧，但对冷却换热并无明显影响。由此可见，特征截面的热物性分布是导致出现不同换热行为的主要原因。最后，基于低质量流量条件、热物性及浮升力影响，构建了预测超临界强化传热关联式，为超临界流体换热设...     

超临界二氧化碳与液态铅铋合金耦合换热模型与换热特性研究

铅冷快堆和超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环因其高的热效率、紧凑式设计被认为是 最具前景的发电系统之一。液态铅铋合金（Pb/Bi）和S-CO2在中间换热器耦合换热,然 而2种流体的湍流输运特性与耦合传热行为相较于常规流体差异巨大,常规湍流模型无法准确预测其耦合换热性能。为获得两者间耦合传热的准确预测模型、掌握耦合传热规律,首先针对管内液态Pb/Bi和S-CO2的湍流普朗特数（Prt）模型的适用性进行了比较分析,发现冷、热侧分别选择Tang、Cheng和Tak提出的Prt模型可获得准确结果;对两者的耦合换热模型进行了深入分析与校验,模拟结果与实验数据吻合良好;全面探讨了雷诺数、工质温度对2种特殊流体耦合传热能力的影响,发现套管式换热器热阻主要存在于S-CO2侧,提升S-CO2侧参数可以迅速提高传热性能,且当S-CO2工质温度处于拟临界区时换热器的换热能力将大幅增强。     

水平管内超临界CO_2冷却传热特性数值分析

采用数值模拟的方法研究冷却条件下水平管内超临界CO_2(supercritical CO_2,S-CO_2)湍流传热特性。通过实验数据验证AB、YS、LS、AKN和SST k-ω五种湍流模型预测S-CO_2冷却传热的能力,确定SST k-ω低雷诺数湍流模型的预测能力最佳。基于S-CO_2在类临界温度Tpc处发生"类相变"的假设,通过获取圆管横截面内流体的物性分布和湍流分布,研究水平管内S-CO_2冷却传热机理,并阐述顶母线和底母线传热系数分布存在差异的原因。分析热流密度qw和质量流速G对传热性能的影响,计算结果表明,S-CO_2冷却传热特性与近壁区类液膜厚度、导热系数及径向湍动能分布等因素密切相关。该结论对S-CO_2布雷顿循环系统的冷却器设计和经济运行具有一定的指导意义。     

基于类沸腾理论的超临界CO_(2)水平管内强制对流传热特性EI北大核心CSCD

该文开展超临界二氧化碳10mm水平圆管内强制对流传热的实验研究,实验参数范围为:质量流速为240.12~1020.34kg/m^(2) s;热流密度为30.24~352.64kW/m^(2);压力为7.542~15.427MPa。基于类沸腾理论解释了实验结果:用类液相雷诺数的大小表征类液相层流效应的强弱,解释传热系数随热流密度的非单调性变化,为超临界流体正常传热与传热恶化划分了边界;用弗劳德数解释类两相区内顶底壁面的传热差异,工质在类气类液区的传热符合单相工质特征。研究结果验证了类沸腾理论模型的实用价值,可为超临界流体传热提供新的研究思路。     

超临界CO_2换热特性实验研究

超临界CO_2布雷顿循环发电系统具有动力设备体积小、效率高的优点,发展潜力巨大。超临界CO_2的换热特性是相关部件设计的关键,本文实验研究了超临界CO_2在水平直圆管中的换热特性,其中CO_2的最高压力达到15 MPa、最高温度达到500℃。结果表明:CO_2的压力越高,传热系数在准临界温度处的峰值越低,传热系数随CO_2温度的变化越平缓;而在高温状态下,传热系数主要取决于CO_2流量的大小。同时,本文提出了超临界CO_2在30～500℃范围内的传热关联式,该式既能较好地预测超临界CO_2准临界温度范围的传热特性,又能准确地预测高温状态的传热特性。     

超超临界锅炉水冷壁管传热恶化对横向裂纹影响的有限元分析

为研究不同传热条件下水冷壁管的温度及热应力分布特征,以某1 000 MW超超临界锅炉水冷壁管为对象,建立了水冷壁管的三维有限元模型,分正常传热和传热恶化2种情况进行了计算。计算结果显示,向火侧壁面热负荷、管内传热系数对传热恶化后的温度和热应力有显著影响,在尚未达到屈服前,水冷壁管的热应力与温度基本呈线性关系。传热正常时,水冷壁管鳍片处温度和热应力值大于水冷壁管向火侧顶点相应值,而向火侧顶点发生破坏的可能性较小;在传热恶化时,水冷壁管向火侧顶点的温度和热应力迅速增大,并明显高于水冷壁管鳍片处,传热恶化的反复出现引起的交变应力最终导致水冷壁管横向裂纹的产生。     

超临界压力流体的传热恶化

本文根据一些试验研究的结果,分析了超临界压力流体发生传热恶化的现象,介绍了若干文献中报道的判别传热恶化的方法及锅炉机组受热管防止传热恶化发生的对策.     

低质量流速优化内螺纹管的传热特性试验研究

在亚临界、近临界及超临界压力区,对600MW超临界W火焰锅炉水冷壁中垂直上升低质量流速优化内螺纹管的传热特性进行了试验研究,得到了不同运行工况下内螺纹管的壁温分布,分析了压力、外壁热流密度、质量流速对传热特性的影响。结果表明：低质量流速优化内螺纹管具有良好的传热特性,能够有效避免膜态沸腾;在亚临界压力区,压力与热流密度的增大以及质量流速的减小,均会导致干涸提前发生和干涸后的壁温飞升值增大。与亚临界压力区相比,内螺纹管在近临界压力区的传热特性变差,随着压力的增大,管壁温度显著升高,发生传热恶化时的临界干度减小。在超临界压力区,内螺纹管在拟临界点附近出现了传热强化;压力越接近临界压力,传热强化越明显;压力与热流密度的增大以及质量流速的减小均会导致壁温增大。     

超临界压力下流体的传热恶化

<正> 本文根据不少研究者对超临界压力流体的传热特性进行的广泛研究,获得大量的试验数据,在提出了许多有意义的分析结果的基础上,分析了超临界压力流体传热恶化发     

超超临界循环流化床锅炉膜式水冷壁管温度与应力分析

超临界循环流化床（CFB）锅炉在运行中发生传热恶化使水冷壁出现裂纹,增加水冷壁爆管和泄漏的概率。以某在建超超临界CFB锅炉为研究对象,建立膜式水冷壁的二维有限元计算模型,分析不同传热恶化程度对水冷壁的温度和热应力的影响。结果表明:正常传热与传热恶化时水冷壁管内外壁面温度随方位角θ的变化规律一致,传热恶化时水冷壁的温度整体升高,最高温度由向火侧鳍片中点转移至水冷壁管向火侧顶点;水冷壁管向火侧变形的变化趋势和温度的变化趋势相同,传热恶化时水冷壁的温度和热应力会超过材料的允许温度和屈服强度,反复的传热恶化是导致水冷壁爆管的重要因素。     

超超临界循环流化床锅炉内螺纹管水冷壁流动传热特性试验研究

该文在中低热流密度、质量流速的条件下,针对超超临界循环流化床锅炉的水冷壁管进行流动传热特性的试验研究。试验中使用材质为15Gr Mo G、外径和壁厚为φ35mm×5.67mm的六头内螺纹管,试验压力P为23~32MPa、质量流速G为600~1200kg/(m2?s)、热流密度q为200~510k W/m2。该文展示试验中获取的管壁温度的分布规律;拟合出可以用于工程实际的传热和阻力系数的公式;用六个传热系数公式对试验数据进行评估;探讨管内传热强化和减弱的机理。试验结果表明:压力和热流密度的变化对壁温的影响主要集中在焓值大于2400k J/kg的区域;质量流速的增大可以延迟传热恶化;浮升力对传热的影响集中在流体拟临界温度之前;相对于质量流速,热流密度和压力的变化对摩擦压降和阻力系数的影响更为显著。     

超临界水冷堆类四边形子通道内超临界水的传热试验研究

在压力23~28 MPa、质量流速700~1 300 kg/(m2·s)、热流密度200~800 kW/m2的参数范围内,对超临界水冷堆堆芯棒径D=8 mm、栅距比P/D=1.2的类四边形子通道内超临界水的传热特性及管壁温度分布进行了试验研究,分析了压力、热流密度和质量流速对管壁温度及传热特性的影响,并与环形通道内超临界水的传热特性进行了对比。试验结果表明:在超临界压力区,类四边形子通道管壁温度随着焓值的增大而逐渐上升,换热系数在拟临界点附近达到峰值,低焓值区的换热系数比高焓值区大;随压力增大,壁面温度升高,换热系数峰值减小;热负荷的增大和质量流速的减小均会使壁面温度升高,换热系数减小,削弱传热强化。与环形通道对比发现,在低焓值区,类四边形通道与环形通道内壁温度和换热系数相差不大;超临界水在类四边形子通道内比在环形通道内更容易渡过拟临界区,拟临界区对类四边子形通道的影响比对环形通道的影响小。     

超临界压力锅炉的传热

对于超临界压力锅炉来说,如何使高温高压水冷壁、过热器和再热器等金属材料能长期安全工作是锅炉本体设计和运行的关键技术问题。为此,除从研制新型耐高温高压的金属材料方面着手外,还应进行超临界压力流体的传热特性和高温壁面的强化冷却等研究工作。本文对这后两个问题进行了一些分析。一、超临界压力流体的物性和传热特点与亚临界压力相比,超临界压力流体与压力在临界值以下的流体是明显不同的。亚临界压力锅炉(尤其是直流锅炉)往往要考虑水冷壁传热恶化问题。上海锅炉厂生产的300MW机组的锅炉水冷壁采用了内螺纹管来防止出现膜态沸腾。超临界压力流体的物性随温度的变     

300MW超临界二氧化碳锅炉气动力特性及壁温分布

超临界二氧化碳布雷顿循环有着全流量回热、回热量大的特点,使得其进入热源的工质温度远高于同参数的蒸汽朗肯循环。与以水为工质的传统超临界锅炉相比,超临界二氧化碳锅炉具备入口工质温度高,再热气吸热比例较高,锅侧流体远离大比热区等特点。因此,深入研究超临界二氧化碳锅炉气动力特性(对应水工质锅炉的水动力特性)对煤基超临界二氧化碳发电技术的发展意义重大。以300MW,600℃等级的超临界二氧化碳锅炉为例,通过数值模拟和气动力建模计算相结合的方法,对垂直管圈气冷壁和再热气冷壁的气动力特性进行了详细计算和分析,获得了相应的流量分配规律以及气温和壁温分布特点。     

管壁局部粗糙对水平超临界二氧化碳湍流传热的影响

为改善水平管内超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO₂)湍流传热，该文对管壁引入简易的均匀砂粗糙，并基于水平超临界流动传热特征，创新性地提出上壁面(传热恶化)附近特定区域粗糙化方案。模拟计算中，采用k-ωSST湍流模型并对其关于粗糙管流传热预测进行了验证以展示其可靠性，而后对管径d=4.57mm水平管道内S-CO₂的流动传热展开探究，并讨论局部粗糙化范围以及关键因素浮升力的影响。结果表明：管道上壁面特定区域粗糙化能显著降低上壁面温度，增强该区域S-CO₂传热性能，继而有效改善周向传热均匀性。低热流密度时，管壁粗糙面积在湍动能整体水平较低的加热管流前半部分影响较为明显；随着热流密度的增加，浮升力效应增强，上壁面附近高温区域逐渐扩大，而不同工况条件下使粗糙范围集中于此高温区域能够获得兼顾水平S-CO₂传热效率与附加流动阻力更优的综合性能。