垂直上升管内超临界CO2 流动传热特性研究

在压力为7.5～21 MPa，热通量为50～413 kW·m^-2，质量流速为519～1500 kg·m^-2·s^-1的实验参数范围内，对超临界CO₂在内径为10.0 mm的垂直上升管内的流动传热特性进行了均匀加热条件实验研究。分析了热通量、压力和浮升力对圆管内传热特性的影响规律。实验结果表明：随着热通量的增加，传热出现恶化现象，并且随着热通量的增加壁温峰值点向入口段移动。传热恶化发生在流体温度小于拟临界温度而壁面温度大于拟临界温度附近。增大压力时由于物性的变化趋于平缓，传热恶化被抑制。当传热恶化发生时，浮升力对传热恶化有明显的影响。基于实验数据，综合考虑物性变化和浮升力对传热的影响，建立了新的超临界二氧化碳传热关联式，在实验工况范围内，预测值与实验值的平均偏差和标准差分别为1.2%和16.29%。     

垂直上升内螺纹管内流动沸腾传热特性

在压力9～22 MPa,质量流速450～2000 kg·m^-2·s^-1,内壁热负荷200～700 kW·m^-2的参数范围内,试验研究了用于1000 MW超超临界锅炉φ28.6 mm×5.8 mm垂直上升内螺纹水冷壁管内汽水流动沸腾传热。研究表明：内螺纹管内壁螺纹的漩流作用可抑制偏离核态沸腾（DNB）传热恶化,内螺纹管在高干度区发生蒸干型（DO）传热恶化。增大质量流速可推迟壁温飞升,壁温飞升幅度随质量流速增大而降低。热负荷越大管壁温越高,随热负荷增大管壁壁温飞升提前,且传热恶化后壁温飞升值增大。随着压力增加,壁温飞升发生干度值减小。内螺纹管汽水流动沸腾传热系数呈π形分布,传热系数峰值出现在汽水沸腾区。文中还给出了亚临界压力区内螺纹管单相区和汽水沸腾区的传热系数试验关联式。     

垂直上升内螺纹管内流动沸腾传热特性

在压力9～22 MPa,质量流速450～2000 kg·m?2·s?1,内壁热负荷200～700 kW·m?2的参数范围内,试验研究了用于1000 MW超超临界锅炉??28.6 mm×5.8 mm垂直上升内螺纹水冷壁管内汽水流动沸腾传热。研究表明:内螺纹管内壁螺纹的漩流作用可抑制偏离核态沸腾(DNB)传热恶化,内螺纹管在高干度区发生蒸干型(DO)传热恶化。增大质量流速可推迟壁温飞升,壁温飞升幅度随质量流速增大而降低。热负荷越大管壁温越高,随热负荷增大管壁壁温飞升提前,且传热恶化后壁温飞升值增大。随着压力增加,壁温飞升发生干度值减小。内螺纹管汽水流动沸腾传热系数呈?形分布,传热系数峰值出现在汽水沸腾区。文中还给出了亚临界压力区内螺纹管单相区和汽水沸腾区的传热系数试验关联式。     

垂直上升管内超临界二氧化碳传热恶化机理分析

超临界二氧化碳(SCO₂)流动传热过程中会发生传热恶化现象,领域内对该现象产生的机理仍存在较大争议。针对现有提出的四类不同的传热恶化机理,通过数值模拟研究,分析在不同工况下内径为5 mm的垂直上升管流动传热过程,从微观层面探究传热恶化机理。研究结果表明,四类机理观点中浮升力效应能更好地解释传热恶化现象,其他三类均具有一定的局限性。SCO₂传热恶化现象主要由密度变化引起的浮升力效应导致,当前工况下忽略重力影响时,传热恶化消失。浮升力效应通过改变内部流场的湍流结构,降低了湍动能的产生(层流化),湍流热扩散作用削弱使得传热效率下降,导致了传热恶化现象。研究结果对于SCO₂传热恶化的理论研究和预测关联式具有一定的指导意义。     

垂直上升管内超临界压力下航空煤油传热特性研究(英文)

A research on the heat transfer performance of kerosene flowing in a vertical upward tube at supercritical pres-sure is presented. In the experiments, insights are offered on the effects of the factors such as mass flux, heat flux, and pressure. It is found that increasing mass flux reduces the wall temperature and separates the experimental section into three different parts, while increasing working pressure deteriorates heat transfer. The extended corresponding-state principle can be used for evaluating density and transport properties of kerosene, including its viscosity and thermal conductivity, at different temperatures and pressures under supercritical conditions. For getting the heat capacity, a Soave–Redlich–Kwong (SRK) equation of state is used. The correlation for predicting heat transfer of kerosene at supercritical pressure is established and shows good agreement with the experimen-tal data.     

CO_2管内流动沸腾干涸特性研究

CO_2被认为是一种理想的替代制冷剂,具有良好的环境特性和优良的热力学特性。与传统制冷剂相比,CO_2有着十分不同的流动沸腾换热特性,过程会发生干涸将使其换热能力大幅下降。然而现有的干涸点预测公式都是基于各自的实验数据拟合得出,由于数据点太少和变量参数范围受限导致关联式的预测结果存在偏差。所以,通过对17篇文献中搜集的4986个实验数据点进行整理,分析得出质量流率、热通量、饱和温度和管径等影响因素对干涸点的影响趋势,并将数据点按大小压力分别拟合得出了干涸点的预测公式,有90%的数据点偏差小于15%,对干涸点预测,防止传热恶化有重要意义。     

超临界压力水在垂直上升内螺纹管中的传热特性

在压力22.5～30 MPa,质量流速430～1200 kg·m^-2·s^-1,内壁热负荷284～719 kW·m^-2范围内,对超临界压力水在均匀加热垂直上升内螺纹管内的传热特性进行了实验研究,得到了内螺纹管内超临界压力水的传热特性,分析了压力、热负荷和质量流速变化对内螺纹管壁温及传热系数的影响,探讨了拟临界区的传热机理,并给出了能用于工程实际的传热实验关联式。实验结果表明：垂直上升内螺纹管中超临界水具有良好的传热特性。在低焓值区内螺纹管壁温随焓增平缓增加,而在高焓值区壁温随焓增的升高明显。由于热物性的剧烈变化,超临界水在拟临界焓值区发生了明显的传热强化。压力与热负荷的增大以及质量流速的减小均会导致内螺纹管壁温的升高和传热系数的减小,使得传热强化现象削弱,甚至出现传热恶化。     

超临界二氧化碳垂直管内传热恶化数值模拟研究

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide, S-CO₂)布雷顿循环燃煤发电系统中,炉膛内水冷壁管内S-CO₂传热恶化行为,对该系统的设计建造与安全运行具有重要意义。建立S-CO₂垂直上升管流动传热过程数值模型,开展S-CO₂在垂直上升管流动及传热行为的数值模拟研究,分析了压力、质量流量、热通量和管径以及由物性变化引起的浮升力效应与流动加速效应等因素对传热特性的影响。结果表明：对于垂直上升管内加热条件下的S-CO₂,提高其压力与质量流量有利于降低传热恶化程度。而提高热通量与管径则会加剧传热恶化。此外,在S-CO₂垂直上升管内,存在明显的浮升力效应,导致发生传热恶化现象,而流动加速效应对传热的影响可以忽略。最后,在内径为4~10 mm、压力为11.07~22.14 MPa、质量流量为0~1200 kg/(m²·s)、热通量为0~200 kW/m²的宽范围工况下,建立深度神经网络模型(DNN),提出了临界热通量预测关联式,其预测精度可提升至94.96%。     

垂直上升管内气体扰动油水两相乳化液流动特性

气体 -油水乳化液的管内流动是原油开采、油气输运以及许多化工领域中经常遇到的工程现象 ,正确认识油水乳化液在气体扰动下的动力特性对圆管内油、气、水多相流的理论建模具有重要的工程应用和学术价值 .本文通过垂直上升管内油气水三相弹状流的实验研究 ,提出了垂直上升弹状流中油水乳化液黏度计算模型 .基于此模型 ,油水乳化液在气体掺入下的流动特性可表现为气体扰动变稠的非牛顿流体特性和气体扰动变稀的非牛顿流体特性 .     

蛇形换热管内超临界甲烷传热特性研究

使用甲烷代替液化天然气(LNG),对超临界LNG在单根蛇形管内的流动与传热特性进行了数值模拟,分析了流体物性、进口速度、压力及壁温对超临界流体传热特性的影响。结果表明,表面传热系数的总体变化趋势与定压比热容随温度压力的变化类似,表面传热系数沿管程先增大后减小;而在远大于拟临界温度的区域,除弯管处由于二次流出现突变外,表面传热系数渐趋稳定。壁温、入口速度及压力都会对表面传热系数的峰值位置和大小产生影响。增大压力可以改善超临界区域传热恶化现象;进口速度对传热影响较大,随着进口速度增大,表面传热系数显著增加。     

水平微细管内CO_2流动沸腾压降特性

对CO_2在内径1.5 mm水平微细管内流动沸腾换热摩擦压降特性进行了实验研究。实验工况:热通量(7.5~30 k W·m-2)、质量流率(300~600 kg·m-2·s-1)、饱和温度(-40~0℃)。实验结果表明:热通量的增加对摩擦压降影响很小,几乎为零;质量流率是影响摩擦压降的最主要因素;随着饱和温度的升高摩擦压降减小;干度对摩擦压降影响主要由管内流型变化导致。将实测摩擦压降变化趋势绘制于CO_2流态图中,比较发现理论预测摩擦压降最大值落在环状流末端区域。实验过程中对各个工况管内流态进行可视化研究,理论分析所采用的流态形式与实际CO_2在微细通道内所具有的流态类型基本一致。     

水平微细管内CO_2流动沸腾换热特性

对CO_2在水平微细管内流动沸腾换热进行了实验研究。实验工况:饱和温度-40~0℃,热通量5~35 k W·m~(-2),质量流率200~1500 kg·m~(-2)·s~(-1),管径1.5 mm。实验结果表明:热通量增加对于强化核态沸腾换热具有显著影响,同时加快干涸发展进程,降低干涸起始干度;质量流率对于传热系数的影响较小,随着质量流率的增加干涸起始干度降低,干涸后的传热系数有所增加;饱和温度对CO_2物性的影响是造成其不同工况时换热特性差异的主要原因,饱和温度升高干涸起始干度具有降低的趋势,且干涸后传热系数下降更为剧烈。通过与理论预测模型的对比研究:Cheng模型对干涸前具有较高的预测精度,在30%误差带内预测精度达到77.1%,绝对平均偏差为20.5%,干涸后对应预测精度比与绝对平均偏差仅为22.9%与57.8%。     

垂直上升管内非牛顿流体流动沸腾滞后实验研究

研究了一种非牛顿流体——高聚物水溶液在垂直上升管内强制流动沸腾过程中的滞后现象，发现ＨＥＣ水溶液存在沸腾滞后现象，而ＰＡＭ水溶液却没有滞后现象发生。提出了临界干度的概念，观察了溶液浓度和流速对沸腾滞后的影响，并初步解释了发生该滞后现象的机理。     

垂直管内三相流化床沸腾传热特性

研究了三相流化床沸腾传热的特性和影响传热系数的诸因素。在传热过程中，由于固体粒子的存在，强化了传热。以玻璃球粒子为固相的三相流化床沸腾传热系数，是相同条件下汽液两相流沸腾传热的二倍。以铜粒子为固相的三相流化床沸腾传热系数，是相同条件下汽液两相流沸腾传热系数的３倍。     

泡沫填充方式对管内超临界CO_2流动换热的影响研究

超临界CO_2工质在太阳能热发电系统中的应用能够有效提升整个系统的效率、紧凑性和环境友好性,因此有必要优化超临界CO_2用太阳能集热器的综合性能。提出了泡沫材料有效热导率新的预测模型,并研究了不同泡沫材料填充方式对集热管内超临界CO_2流动与换热性能、管壁温度分布的影响规律。结果表明,环形填充方式(沿管内壁填充)的流动换热综合性能指标(j/jc)/(f/fc)1/3最优,净吸热量最大,管壁最高温度最低且温度分布最均匀。     

高热流低流速条件下超临界CO_2在小圆管内的对流传热特性

为获取高热流、低流速条件下超临界CO_2的传热规律,开展了超临界CO_2在内径2 mm水平小圆管内对流传热试验研究,并重点探讨了变物性、浮升力和热加速等效应对传热过程的影响。试验参数范围:系统压力7.6～8.4 MPa,质量流速400～500 kg/(m~2?s),热通量0～200 kW/m~2,流体温度20～60℃,Reynolds数1.2×10~4～4.3×10~4。分别采用Gr/Re~2和Kv作为浮升力效应和热加速效应的判别因子。结果显示,在高热流低流速工况下,浮升力效应显著(Gr/Re~210~(-3)),同一个截面处的上壁面传热系数始终小于下壁面传热系数。浮升力效应是高热流低流速工况下传热恶化的主要诱发因素。试验中热加速因子较小(Kv8.5×10~(-7)),其效应可以忽略。将试验数据与典型的传热经验关联式作对比,结果表明Liao-Zhao关联式的计算结果与试验结果最吻合。     

荒煤气在焦炉上升管内的流动与传热研究

采用热平衡原理,计算了荒煤气在上升管传热量的大小和温度的变化趋势。通过计算得到,辐射传热对上升管的传热过程有较大影响,辐射传热的存在显著提高了传热系数。与仅对流传热存在的情况相比,混合传热促进了荒煤气在管内温度场的变化,截面平均温度比纯对流情况下的温度低,辐射传热的存在导致截面平均温度下降。     

高粘变物性流体垂直管内流动传热

对高粘变物性流体管内传热进行了计算机仿真计算.结果表明,高粘流体传热时径向温差很大,采用较小的加热管径可以有效地减小径向温差.     

环形管内涡旋流动特性及传热机理研究

对不同初始旋流强度的空气介质在环形管内涡旋流动特性及传热机理的试验研究，得到了表示涡流喷嘴位置及方向的几何参数与传热系数及压力降的关系。实验表明，涡旋流动有明显的强化传热作用。