不凝气体对蒸汽射流冷凝的影响

对含不凝气体蒸汽射流在冷水中直接接触冷凝现象进行了实验研究,通过测量流场中的温度分布确定汽羽长度,进而推导其传热系数。实验使用直径为1.6 mm的圆形喷嘴,出口混合气体质量流量密度在100~330 kg·m^-2·s^-1之间,不凝气体的含量在0~15%之间,冷水温度在300~340 K之间。实验结果表明:不凝气体的加入,使喷嘴出口附近的温度下降减慢;汽羽长度随不凝气体含量的增加而变长,其受喷嘴出口质流密度和过冷度的影响规律与纯蒸汽射流一致;冷凝传热系数在0.7~2 MW·m^-2·K^-1之间,随过冷度的增大和不凝气体含量的增加而减小,受气体流量的影响较小。对实验数据进行拟合,获得了汽羽长度的关联式,并由此得到了冷凝传热系数关联式。     

含不凝气体蒸汽泡直接接触冷凝

通过可视化实验研究了含空气蒸汽泡的冷凝行为和传热特性,气泡中蒸汽质量含量在0.5～0.8之间.在两种不同的过冷水温度下,混合气体气泡分别由直径1.5 mm和3 mm的喷嘴以不同的速度喷入静止的过冷水空间中.通过高速摄像机记录气泡冷凝过程,通过气泡体积变化状况计算气泡热力学参数,进而计算气泡的冷凝传热系数.结果表明,气泡在冷凝过程中不断变形,且在冷凝开始时,气泡出现中空现象;冷水温度越低,冷凝传热系数越低;气泡体积越大,冷凝传热系数越低;喷嘴直径对冷凝传热影响不明显;不凝气体的加入恶化了冷凝传热.对实验中65个气泡传热系数的数值进行了拟合,获得了传热系数关联式.     

水引射蒸汽引射器的数值模拟

建立了水引射水蒸汽的引射器3维数值模型,以欧拉-欧拉双流体模型为基础,结合基于热平衡的直接接触冷凝传热传质模型,对引射器内发生的两相流流动和传热传质过程进行了数值计算。考察了引射器进出口流体参数变化对引射器引射系数、升温能力的影响,同时获得了引射器内汽水分布和温度压力场的变化规律。计算结果表明,引射器引射系数随一次流压力升高而略有升高,随一次流水温的升高和被引射蒸汽压力的降低而降低;进出口温升变化规律则与引射系数相同;引射器出口背压升高导致引射系数降低,且升高至一定值时,引射器出现回流。计算所得规律与实验所得一致,表明提出的模型具有一定参考价值。     

煤油和空气的混合物水平管内冷凝换热

引　言不凝气体存在于蒸汽中会严重削弱凝结换热效果已是众所周知的事实 ,在空气的质量含量只有0 .5 %时 ,大空间凝结换热系数就下降 5 0 % [1] ,这是在蒸汽为静止状态下得到的 .罗棣等[2 ] 用水蒸气 -空气在波纹竖槽管内进行冷凝换热的研究 .Ｓｐａｒｒｏｗ等[3] 关于水蒸气 -空气在水平管外的冷凝研究表明 ,对于不同的冷凝换热表面 ,不同混合气体的流速对于含不凝气体的冷凝换热有着不可忽视的影响 .煤油是多组分物质 ,而且随温度和压力的不同气态组分也不同 ,相应的煤油蒸气的冷凝过程是不等温等压过程 .关于煤油蒸气冷凝换热的实验研…     

风洞真空排气系统直接接触传热过程

某风洞真空排气系统在运行过程中,会产生大量含水蒸气的混合气体。为了提高排气效率降低能耗,本文引入冷凝塔工艺,采用直接接触换热冷凝方式使来流含水蒸气的混合气体降温冷凝。基于微元塔高传质模型,对进入冷凝塔的热流气体与冷却水直接接触换热过程分析,推导出传质系数数学方程表达式。结合实验数据考察了进气压力与冷凝降温排出气体中水蒸气含量的影响,并拟合得到一定温度下进气压力与该气体水蒸气含量的数学表达式;也考察了冷却水质量通量和气液比变化对传质系数、体积传热系数、出气温度的影响,在此基础上拟合得到针对风洞气流直接接触换热气液比与体积传热系数数学关系式,并计算出最优气液比。实验得出的规律对风洞气流的直接接触换热优化设计和应用起到了指导作用。     

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％。     

相变换热器中蒸汽冷凝数值研究

为了改善相变换热器的传热性能,使用Fluent软件分别对水蒸气和空气-水蒸气在竖直平板上的冷凝换热进行数值模拟。气液两相流采用VOF模型,水蒸气冷凝的相变模型采用Knudsen相变系数模型,水蒸气在空气中的扩散采用组分运输模型。研究了进口速度、空气质量分数对冷凝换热的影响,结果表明:当水蒸气中混入空气时,严重影响了冷凝换热性能;换热系数随空气质量分数的增加而降低,同时液膜厚度也减薄,当空气质量分数为0. 1时,换热系数降低了42. 1%,冷凝液量降低了25. 5%;提高流速,可有效提高换热系数,湍流状态下为层流状态下的3倍左右,但冷凝量却无明显变化。     

螺旋槽管外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％。     

聚四氟乙烯薄膜表面滴状冷凝传热实验研究

为了探索实现滴状冷凝传热的新表面涂层 ,采用离子束动态混合注入技术制备了紫铜基聚四氟乙烯(PTFE)薄膜 ,显著地提高了水蒸气冷凝传热性能。实验表明 ,该表面涂层能够实现常压水蒸气稳定的滴状冷凝形态 ,在表面过冷度 9.8— 1 4 .2K范围内 ,滴状冷凝传热通量和传热系数比膜状冷凝结果提高 30—47倍。同时发现 ,在大气压附近 ,热通量和冷凝传热系数都随着水蒸气蒸汽温度的增加而增加 ,但表面过冷度随蒸气温度增加呈弱增加趋势     

气流床煤气化辐射废锅内多相流动与传热

采用多相流动与传热模型耦合的数值方法,对气流床煤气化辐射废锅内多相流场与传热过程进行了数值模拟。在Euler坐标系中采用组分输运模型计算气体组分扩散过程,并通过realizable k-ε湍流模型计算炉内流场,煤渣颗粒运动轨迹在Lagrange坐标系中计算,并考虑了气固相间双向耦合。利用灰气体加权和模型与离散坐标法相结合,计算了炉内辐射传热过程,并考虑了煤渣颗粒的热辐射特性。结果表明：炉体入口存在张角约为10°的中心射流区,其流速和温度均较高,且周围存在明显回流区,回流区内部分颗粒富集;大部分颗粒直接落入渣池,且粒径越大落入渣池时温度越高;炉内温度分布除中心射流区,整体分布均匀,且随壁面灰渣厚度的增加而升高;计算结果与实验测量结果及文献值基本一致。     

Numerical investigation of influence of non-condensable gas on steam jet condensation

The influence of non-condensable gas on the direct contact condensing behavior and heat transfer characteristics of steam jet in subcooled water is investigated by two-dimensional axisymmetric numerical model. Based on Euler-Euler two-fluid model in CFX, the steam condensation is calculated with thermal phase change model. The composition variation of steam-air mixture is realized using species transport equation for the gas phase. The gas mass flow at nozzle outlet is 300 kg/(m²·s), and non-condensable gas is within 15%. The results show that non-condensable gas obstructs the direct contact between steam and subcooled water, forming the thermal resistance and deteriorating the condensation heat transfer. The thermal resistance and the length of jet region increase with the increase of non-condensable gas. While the condensation rate decreases with the increase of non-condensable gas. The presence of non-condensable gas prevents vapor from being condensed completely, and the remaining vapor is independent of the original non-condensable gas.     

从超音速蒸汽喷嘴到过冷水直接接触冷凝的数值模拟(英文)

The phenomenon of direct-contact condensation,used in steam driven jet injectors,nuclear reactor emergency core cooling systems and direct-contact heat exchangers,was investigated computationally by introducing a thermal equilibrium model for direct-contact condensation of steam in subcooled water.The condensation model presented was a two resistance model which takes care of the heat transfer process on both sides of the interface and uses a variable steam bubble diameter.The injection of supersonic steam jet in subcooled water tank was simulated using the Euler-Euler multiphase flow model of Fluent 6.3 code with the condensation model incorporated. The findings of the computational fluid dynamics(CFD) simulations were compared with the published experimental data and fairly good agreement was observed between the two,thus validating the condensation model.The results of CFD simulations for dimensionless penetration length of steam plume varies from 2.73-7.33,while the condensation heat transfer coefficient varies from 0.75-0.917 MW·(m 2 ·K) -1 for water temperature in the range of 293-343 K.     

Condensation of steam with and without the presence of non-condensable gases in a vertical tube

Condensation of steam and steam from non-condensable gases were investigated experimentally inside a vertical tube. The consistency and reliability of the measurements were checked by detailed energy balance. The experimental results show the effect of non-condensable gases on heat and mass transfer resistances in the gas phase of the condensation process. In the steam runs, the gas side heat transfer resistance was very small and the main resistance was due to condensate film. This resistance increased significantly for steam-air runs, particularly toward the top part of the tube. This occurred as a result of accumulation of the non-condensable gases near the surface as the condensation process proceeds, which act as an extra resistance to heat transfer.     

微纳结构超疏水表面参数影响含不凝气蒸汽冷凝传热的理论分析

超疏水表面结构参数对滴状冷凝传热性能、液滴生长和分布均会产生影响。首先利用竖直壁面液滴的受力平衡确定了不凝气条件下蒸汽冷凝过程中液滴的脱落半径,随后建立了含不凝气蒸汽滴状冷凝的传热模型,研究了不同不凝气浓度和过冷度下超疏水表面微柱的柱间距对滴状冷凝传热性能的影响,得到了使超疏水表面冷凝传热性能达到最佳的柱间距值,并对其随不凝气浓度和过冷度的变化规律进行了分析。结果表明在所研究的过冷度范围内,当不凝气浓度较低时（<20%）,最佳柱间距随不凝气浓度升高而增大;而当不凝气浓度高于20%时,最佳柱间距随不凝气浓度升高而减小。为驱动含不凝气蒸汽冷凝传热性能的超疏水微纳结构参数的优化提供了必要的基础数据。     

基于BP神经网络的不凝性气体对脉动热管传热影响的分析

不凝性气体的存在会影响脉动热管的传热性能。本文以去离子水和聚丙烯酰胺（PAM）溶液为工质,搭建了脉动热管半可视化传热性能实验系统,研究了不凝性气体的存在对脉动热管传热特性和运行特性的影响;通过建立BP神经网络模型,在不同不凝性气体压力条件下,对脉动热管传热热阻做出了回归预测,并进行了验证。结果表明：不凝性气体的存在会恶化脉动热管的传热性能。随着加热功率的增加,在不同不凝性气体分压力条件下的热阻呈现下降趋势。而随着不凝性气体分压力的增大,工质的蒸发段平均温度明显增大。通过BP神经网络可以对不同不凝气体分压力下脉动热管热阻作出可靠的回归预测,可为脉动热管运行状态的优劣提供判定思路。     

滴状冷凝强化含不凝气的蒸气冷凝传热机制

为了深入考察滴状冷凝强化混合蒸气冷凝传热传质过程的作用机制,在竖直表面上设计了完全滴状（DWC）、没有液滴向下脱落运动的条形分割滴膜共存（DFC）和膜状（FWC）3种冷凝形态的实验表面。对纯蒸气及含不凝气蒸气的冷凝传热过程进行了分析和实验研究,结果表明纯蒸气滴状冷凝与滴膜共存冷凝传热特性相近;而对含不凝气的冷凝,滴膜共存表面与膜状冷凝表面的传热特性相近;不凝气摩尔分数分别为0.9%、4.8%时,滴状冷凝较其他两种形态下的冷凝传热系数提高了30%～80%。其主要原因是由于混合蒸气冷凝传热阻力主要由气相边界层控制,滴膜共存冷凝并没有使气相的扩散传质过程得到强化,而完全滴状冷凝与设计的滴膜共存冷凝的区别在于后者仅存在小液滴的合并运动而没有大液滴向下脱落和对表面冲刷过程。根据二者实验结果的分析,认为滴状冷凝的大液滴脱落运动是影响气相传质的主要因素,大液滴脱落过程对气相边界层的扰动和剪切作用强化了气液界面传热传质特性。     

蒸汽在过冷液体喷雾上直接接触相变换热过程实验研究

以水为工质,通过实验研究了饱和水蒸汽与过冷水喷雾逆流直接接触冷凝换热过程,考察了不同入口液相温度下液膜厚度及破碎长度变化、液膜轴向及径向的温度分布;基于实验数据计算出了液膜局部传热系数及总传热系数。实验研究的结果表明,直接接触冷凝换热过程中,低入口液相温度时的液膜厚度和破碎长度更大;液膜在径向方向上存在温度梯度变化,液膜表面的温度较高,中心存在1个最低温度;随着液膜运动轴向距离的增大,液膜温度逐渐升高,喷嘴出口处液膜的温升最快,在整个喷雾的冷凝换热过程中,液膜温升占喷雾换热总温升的80%～85%,因此相比液滴,液膜起主要换热作用;喷嘴出口处的局部传热系数最大,并随着轴向距离增大逐渐减小。实验得到总传热系数的值远大于传统的膜状冷凝传热系数,体现了蒸汽-过冷液体喷雾这类直接接触换热方式的优势。     

湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性

水蒸气凝结两相流动呈现高度的非平衡特性。目前,凝结参数都是利用半经验公式得出,很少考虑两相间传热温差以及耦合问题。在湿蒸汽两相流输运方程的基础上,建立了一种准确简单的凝结成核和水滴生长模型,采用具有较好激波捕获效果的高精度二阶TVD格式进行离散,计算了湿蒸汽非平衡凝结流动参数及凝结冲波分布。着重研究了湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性,讨论了进口压力对凝结特性的影响,归纳了进口过冷度对成核率、水滴数、凝结冲波形态的变化规律。研究表明:进口压力增加,凝结位置逐渐向上游移动;进口过冷度降低,凝结位置向下游移动,达到较高的Mach数后,才会出现凝结成核;进口过冷度越高,非平衡凝结相变产生的湿度越高。凝结冲波出现后,湿蒸汽沿喷管继续高速流动,其流动规律与等熵流动相似。