超临界二氧化碳在微细管内的换热特性

建立了内径为1.31 mm单管的三维模型,使用CFD软件Fluent分析了超临界二氧化碳在竖直微细管道内的换热特性,并对热通量、进口质量流速、流动方向和压力对超临界二氧化碳换热和压降的影响进行了研究。数值结果表明：增加进口质量流量能够使壁面边界层减薄,增强换热效果。改变热通量的大小对超临界二氧化碳换热和压降影响很小。由于重力和浮升力的影响,流动方向对换热性能的影响较大,流体竖直向上流动时的传热系数大于竖直向下和水平方向流动时的传热系数。     

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。     

不同换热管内超临界CO2冷却换热的数值模拟

为了研究不同换热管对超临界CO2在螺旋槽管内的流动与换热特性,使用ANSYS Fluent 19.0软件建立了不同凹槽数螺旋槽管的三维实体模型,通过数值模拟得到了各个模型情况下的换热系数与摩擦系数.同时分析了湍流强度与浮升力对螺旋槽管内超临界CO2的流动与换热产生的影响.结果 表明:在相同的工况条件下,螺旋槽管凹槽数越...     

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。     

SCV蛇形换热管内超临界LNG传热特性数值模拟

LNG沉浸式汽化器在液化天然气接收站应用广泛,管内超临界LNG的传热特性对SCV运行有重要影响,为此,建立了单根蛇形换热管内LNG流动传热过程的数值计算模型。分析了管程压力、热通量、入口速度及物性变化对管内流体温度与局部传热系数的影响规律。计算结果表明,局部传热系数沿流动方向呈先增大后减小的趋势,并在准临界点附近达到峰值;由于二次流现象,传热系数在弯管处发生突变。在操作压力范围内,压力越大,局部传热系数峰值越小;热通量越大,局部传热系数峰值越早出现,峰值过后系数下降越快,出现传热恶化现象;而入口速度越大,局部传热系数越大,其峰值出现位置越靠后。该数值模拟结果可为LNG沉浸式汽化器的设计提供参考。     

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。     

数值模拟在超临界二氧化碳萃取辣椒油中的应用

建立了一套超临界流体萃取实验装置,研究了用超临界二氧化碳萃取辣椒油的实验条件。考 察了萃取压力、萃取温度、原料颗粒大小以及二氧化碳流量对萃取率的影响。基于萃取器单元的质量守 恒原理建立了微分方程,对一定萃取条件下的实验结果进行了数值模拟。     

缩放管内流动与换热的数值模拟

数值模拟了波峰尖端分别为尖角和平面的三角形黄铜缩放管流动和换热状况,获得两者换热效果相近,但波峰尖端为尖角的缩放管比为平面的缩放管压降大、换热与流动阻力综合效果欠佳的结论,为三角形缩放管的设计提供参考。     

水平微细管内CO2流动沸腾换热特性

对CO₂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 kW·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CO₂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%。     

采用扩展温度振荡法测量超临界CO2扁管内对流换热特性

As a natural working,fluid carbon dioxide (CO₂) has shown great potential in refrigeration and air conditioning industry. The heat transfer and pressure drop performance of supercritical CO₂ in pipes is necessary for gas-cooler design. This paper presents an experimental investigation of supercritical CO₂ heat transfer characteristics using temperature oscillation method.Considering the variable fluid temperature, an extended and more reasonable temperature oscillation model is built and used for heat transfer coefficient evaluation. The convective heat transfer coefficient of supercritical CO₂ flowing in an aluminum multi-channel flat pipe is measured for the first time.Experiments are performed under one typical pressure and temperature condition.The experimental setup and data acquisition as well as processing program are described in detail. New dimensionless heat transfer data in the form of Nusselt number via Reynolds number are given and analyzed.The results could be a good reference to gas-cooler design.The paper also supplies a general model or tool for determining local convective heat transfer coefficient which can be used more widely.     

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。     

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%。     

水平微细管内CO2流动沸腾压降特性

对CO₂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 kW·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CO₂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CO₂在微细通道内所具有的流态类型基本一致。     

热力学超临界流体换热计算与分析

超临界流体技术是新兴的化工技术之一 ,换热是其工程应用研究的重要方向。该文以水作为超临界流体的代表 ,以逆流操作的套管式换热器为对象建立简化的物理模型 ,再通过微元热量平衡分析 ,建立数学模型 ,并用数值方法求解。文中研究了 2 5MPa、 30MPa和 35MPa ,及 2 5— 6 0 0℃范围内冷热流体的温度、总传热系数和热流密度沿管长的变化 ,结果显示了在近临界区由于物性变化剧烈 ,使占整个管长的 1/ 3— 1/ 2的区段换热效率变低的独特规律。压力升高有利于换热的进行 ,并讨论了管径的影响。     

流动法测定固体在超临界二氧化碳中的溶解度

建立了一套流动法测定固体物质在超临界CO2 中溶解度的实验装置。该装置用高压六通阀取样 ,特别适用于测量溶解度较小的固体物质。以萘为溶质 ,在 32 8K时对装置进行了验证 ,实验结果与文献值基本相符。装置的工作温度 0～ 80℃ ,工作压力 0 .1～ 40MPa。     

超临界压力下水在倾斜管内传热特性的研究

以水为工质,在倾角α=14°和10°、压力22.0～28.OMPa、质量流速600～1400kg/(m~2·s)、内壁热负荷250～410kW/m~2的参数范围内,研究了水(特别是在大比热区附近)的传热特性.针对微倾斜管中,内壁面既非定壁温也非定热流的边界条件下,成功地提出了二维温度场计算方法,从而获得了传热系数、努赛尔特数等.分别在传热恶化前及传热恶化后两个区域内关联了传热系数数据.对于超临界流体在最大比热区附近呈现的特殊传热特性规律进行了分析,并研究了倾斜管中由于浮升力引起的自然对流对各参数沿周向分布的影响.     

超临界二氧化碳传热特性的研究

超临界流体是新兴的化工技术之一,其传热特性是其工程应用研究的重要方向。由于在超临界压力条件下流体的热物性随温度和压力的变化比在亚临界压力条件下更加剧烈,相应的传热与传质过程也更加复杂,这对改善化学工程上传统的传质、传热过程具有重要意义。     

竖直圆管内超临界甲烷冷却换热数值模拟

应用Lam-Bremhorst低雷诺数湍流模型对超临界甲烷在竖直管内的冷却传热进行了数值模拟,研究了质量流量、热通量、流动方向及密度变化对传热系数的影响。结果表明,竖直圆管内超临界甲烷冷却传热系数随质量流量的增加而增加;在似气体区传热系数随热通量的增大而增加,而在似液体区热通量对传热系数几乎没有影响;流动方向在似气体区对传热系数几乎没有影响,而在似液体区上升流的传热系数大于下降流的传热系数;密度变化在似气体区使传热系数增加,而在似液体区使上升流的传热系数增加,使下降流的传热系数减小。     

椭圆管内层流流动与换热的数值研究

对5种不同长短轴之比K的椭圆管层流区管内换热特性与阻力特性进行研究.通过数值计算的方法获得了雷诺数在500～2300范围内椭圆管管内平均与局部对流换热系数与阻力系数,发现椭圆管管内层流区换热系数的计算采用当量直径的方法计算误差较大,引入综合性能参数(Nu/f),绘制5种管型的局部系数沿管壁的变化趋势曲线.研究结果表明,数值计算结果与实验值吻合良好;在一定的雷诺数下,随着长短轴之比K的增大,其平均换热系数逐渐增大,阻力系数也逐渐增大,尤其在低雷诺数下,其增幅更大;更进一步发现,每种类型的椭圆管具有类似的局部换热特性;一定雷诺数范围内,随着椭圆管长短轴之比K的增大,管内综合性能逐渐下降.