垂直矩形窄通道流动沸腾换热特性实验研究

流动沸腾换热是典型的两相流问题。窄通道与常规通道相比较,其流动沸腾换热系数有较大提高,换热机理也更加复杂。针对截面为250 mm×5 mm的竖直矩形窄缝通道,在低压、入口温度过冷、不同质量流速及加热功率密度的条件下,对水流动沸腾换热特性进行实验研究。通过实验分析可知:入口温度27～60℃、质量流速2.22～3.49 kg/(m2.s)及加热功率密度0～12 kW/m2对饱和沸腾起始点和过冷段长度有重要影响;高的空泡份额和通道结构的限制使汽液两相流动不稳定而影响换热系数,换热系数随着功率的增大而减小,流体进入完全对流沸腾阶段;由于实验段通道顶部结构的限制,干度的增加不会出现干涸点,换热不会得到恶化,换热系数随着功率的增大基本不变。     

自然循环锅炉水冷壁温度计算方法及影响因素分析

研究了自然循环锅炉膜式水冷壁管的传热，采用编制程序对水冷壁进行温度场分布的计算，在研究方法上考虑了欠热沸腾起始点的问题，探讨了入口工质状态、炉内热流密度、质量流量、质量舍汽率等对水冷壁温度的影响。计算结果表明，入口水温的变化会影响欠热沸腾起始点的高度，但对温度的影响较小；炉内热流密度、质量流量和质量舍汽率的波动都会对温度产生影响，这主要是由于它们影响了换热系数的大小。     

非能动余热排出系统C型管换热器数值模拟

为保证在事故工况下非能动余热排除系统有效导出余热,对其主要设备PRHR热交换器进行换热特性研究,建立了非能动余热排出系统C型管换热器的内外耦合传热分析模型,采用一维均相流模型计算管内冷凝换热与CFD程序分析水池空间的自然对流。研究进口质量流量、进口流体含气率、管倾角和水箱温度对C型管换热器换热特性的影响。结果表明:C型管换热器入口倾斜段管内始终为饱和的两相流体,在竖直段与出口倾斜段,管内流体温度逐渐下降;管内压力、流体焓值和换热系数沿管长逐渐降低;大约在冷凝70 s后,管内流体参数趋于稳定;管壁温度在入口倾斜段迅速下降,在竖直段和出口段趋于平缓。增大进口质量流量与进口流体含气率,流体温度、流体焓以及管内外换热系数增加,并且沿流动方向受两者的影响逐渐减小;若管倾斜角度增大20°,出口倾斜段管内流体温度下降约3℃;当水箱温度升高10℃,汽泡生成与脱离速度加快,水箱内部换热增强,入口倾斜段外壁温升高2℃左右,出口倾斜段外壁温大约升高0.2℃。CFD模拟结果展示出水箱内汽泡大部分聚集在C型管上部并逐渐向上流动,致使热流体向上运动,冷流体向下流动,形成自然循环。     

定壁温条件下竖直管内沸腾传热特性研究

文章建立了应用于蒸发器的满液式竖直管三维物理模型,并采用多相流混合模型对满液式竖直管内的沸腾传热特性进行数值模拟。而后根据模拟结果得到管内静压、管壁加热温度和管长对满液式竖直管内流体的温度、含气率以及该竖直管沸腾传热系数的影响规律,并分析管壁加热温度、管长、管内静压和蒸发温度对满液式竖直管内沸腾传热特性的影响。分析结果表明:满液式竖直管的长度越长,蒸发器的总换热量越大;当满液式竖直管的壁面温度由376 K升高至388 K时,若该竖直管的长度为1.6 m,则其沸腾传热系数提高了7.4%,若该竖直管的长度为1.2,1.0 m,则其沸腾传热系数均升高了约3.3%;在蒸发器竖直管沸腾传热过程中,其换热量和壁面温度呈正相关;当蒸发温度较低时,满液式竖直管内的静压对管内流体的含气率以及该竖直管的沸腾传热系数影响较大。     

海水冷却水过冷沸腾及析晶结垢实验研究

通过海水冷却水在换热面过冷沸腾下析晶结垢的动态监测实验,研究在不同的换热面热流密度、海水入口温度和流速下,析晶污垢的微观形态及对换热性能影响。研究表明:海水冷却水温度对污垢层的结构影响较大,流速则明显影响垢层的厚度;流速的改变对结垢速率影响最大,流速增加一倍,结垢速率降低61%;热流密度增大一倍,换热系数的降幅增加89%。     

非均匀热流密度下槽式集热器吸热管热应力分析

为了分析槽式集热器吸热管的热力性能及其对集热系统安全运行的影响,以LS-2型集热器为研究对象,通过有限元数值模拟方法对槽式集热器吸热管进行热-结构耦合分析。结果表明:吸热管管壁最大温度位于出口处下端(抛物面反射镜反射光线照射区域),吸热管管壁最小温度位于入口处上端(太阳辐照直射区域);太阳直射辐照强度(400～900 W/m~2)越大,工质入口温度(50～300℃)越低,入口流速(1.0～3.5 m/s)越慢,对吸热管的热变形量和热应力影响越大。在集热器实际运行中,当太阳直射辐照强度较高时,工质入口温度和入口流速不能选取太低,否则会造成吸热管热应力增加,影响集热器的使用寿命。     

有机热载体在螺旋盘管内流动换热特性影响因素分析

在考虑导热油物性变化和管壁热量输入的情况下,利用ANSYS CFX模拟软件数值模拟了螺旋直径D、管壁粗糙度K、导热油入口流速u、盘管布置方式及炉管直径d对导热油在盘管式有机热载体炉内层盘管的前10圈螺旋炉管内流动换热特性的影响。分析结果表明:导热油在有机热载体炉辐射受热面流速宜控制在3~4 m/s范围内。同时对其流动阻力系数和换热准则关联式进行拟合,为有机热载体炉优化设计提供借鉴。     

发动机缸盖模拟冷却通道内过冷沸腾传热特性

搭建一套试验台架用来模拟发动机鼻梁区冷却通道内的传热状况,采用与发动机缸盖相同的铸铁材料作为加热块,并且安装3块石英玻璃用来观察沸腾发生时气泡运动状态.对不同流速、不同入口温度和不同系统压力状况下的沸腾传热特性做了相应的研究,为真实发动机冷却水腔内沸腾传热预测提供较为全面的试验数据.结果表明:沸腾起始点位置与通道流动参数有着直接关系,表现为速度越高、入口温度越低,沸腾起始壁面过热度越高;提高通道速度和降低冷却入口温度可以强化壁面对流换热程度,但对充分发展沸腾下的传热特性影响很小;增加系统压力,沸腾起始壁面温度越高,其增加幅度与饱和温度增幅大致相同.此外,控制系统压力是抑制沸腾过度发展的重要手段.     

基于低温烟气余热回收的纵翅片换热管性能模拟研究

纵翅片换热管是一种适合于低温烟气余热回收的换热部件,翅片的结构参数对管外烟气的换热性能和流动性能的影响较大。文中对三种不同高宽比的基管模型在六种不同入口速度下管外侧流体流动和传热特性进行数值模拟研究,研究结果表明:在相同雷诺数下,高宽比为1的基管模型换热性能最好,高宽比为2的基管模型进出口压降最小。进出口压降和平均对流换热系数随入口速度的增加而增大,因此在选择换热管入口烟气流速时,应在压降被允许的情况下,尽量选择较高的入口流速。     

超临界压力600 MW直流锅炉流量分配特性的试验研究

研究国产600 MW直流锅炉分配集箱在亚临界压力下的流量分配特性.试验段由φ42 mm×5.5mm的分配集箱、φ25 mm× 3 mm分配集箱径向引入管和φ10 mm×1.5 mm的垂直并联水冷壁管组成,材料为1Cr18Ni9Ti钢管;试验参数为:压力p=4 MPa～19 MPa,质量流速G=400 kg/(m2·s)～1 200 kg/(m2·s),质量含汽率x=0～1.0.试验研究了工质压力、质量流速和集箱入口质量含汽率对分配集箱垂直水冷壁管流量分配和质量含汽率分配特性的影响.随着分配集箱工作压力和分配集箱进口质量流速的增加,分配集箱并联支管之间的质量含汽率分配的偏差降低;在入口质量含汽率较小时,并联支管之间的质量含汽率的分配偏差随着质量含汽率的增加而增大;在入口质量含汽率>0.55时,并联支管之间质量含汽率的分配偏差随着入口质量含汽率的增加而减小.     

竖直矩形窄通道内流动沸腾局部换热特性实验研究

为了明确竖直矩形窄通道内各阶段流动沸腾的换热特性,优化换热器性能,以去离子水为工质,对尺寸为720 mm×250 mm×3.5 mm的单面电加热竖直矩形窄通道内的流动沸腾换热进行实验研究,分析了质流密度、进口温度、热流密度对流动沸腾局部换热特性的影响。并在已有流动沸腾传热关联式的基础上,对实验数据进行非线性回归分析,得到适用于实验工况下的新流动沸腾传热关联式。结果表明：质流密度增大对流动沸腾段换热特性有强化作用,对核态沸腾段换热特性有削弱作用;热流密度对核态沸腾影响剧烈,但对流动沸腾的影响不明显;入口温度越高,流体会越早进入过冷沸腾阶段,但对局部传热系数的影响不明显;新流动沸腾传热关联式与实验值的平均相对误差为23.87%,其中74.19%的预测值在±25%内,83.87%的预测值在±50%以内,能很好地预测本实验工况下矩形窄通道内流动沸腾的局部传热系数。     

周向非均匀热流下太阳能吸热管局部传热特性

利用数值模拟方法研究周向非均匀热流下太阳能吸热管局部传热特性,分析吸热管壁厚、熔盐入口温度、熔盐流速对局部传热性能的影响规律,结果表明:吸热管周向加热量相同,管壁越厚其外壁温度越高,管内壁热流分布越均匀。壁厚对低热流侧周向及轴向局部Nu影响较大,且低热流侧局部Nu均随壁厚的减小而增大。同一流速,熔盐入口温度越高,周向局部Nu越大。不同流速吸热管周向局部Nu均随周向热流的减小而增大,流速越大,周向局部Nu越大。不同壁厚吸热管内低热流侧Nu明显大于高热流侧Nu,平均Nu略大于高热流侧Nu,且平均Nu基本相等。     

某双层U型管隔板出口处的流动特征研究

针对某小尺寸双层U型管隔板出口处的局部流动特征,进行流体动力学模拟计算。研究管内流速、进口流速差和进口流体温差对流体流动特征和温度分布的影响。研究发现,当2个入口温度恒定且流速大小相等时,随着流速的增加,隔板附近涡核区范围增大且逐渐靠近,涡强度增加;换热范围先增大后减小。当2个入口温度恒定时,固定1个入口的速度,随着另1个进口速度的增加,涡强度增加,高速区涡核范围增大,低速区涡核范围减小。当2个入口速度恒定时,固定1个入口的温度,改变温差,压力大小基本不变,而隔板出口处的低压会由高温区向低温区移动;涡强度增加,尾部形态不变;2股流体间的热量交换更加充分。     

矩形通道内过冷流动沸腾传热特性试验研究

以高强化发动机缸盖材料蠕铁作为加热块材料,在矩形通道内开展了接近发动机冷却系统的不同流动工况下过冷沸腾传热特性的试验研究。流动工况取发动机常用范围:压力为0.10~0.25MPa,主流温度为60~95℃,流速为0.347~6m/s。研究结果表明:提高冷却液流速可以强化壁面对流换热强度,但是存在沸腾换热的低流速工况同样能够达到高流速工况下换热效果,系统压力和主流温度都会影响冷却液过冷度,进而影响沸腾传热效果。可视化结果表明:气泡直径增大、生长频率升高及气泡之间相互作用都会使气泡对边界层流体扰动增强,从而提高传热效率。在压力为0.2MPa、主流温度为95℃、流速为1m/s工况下,在壁温达到170℃以上时沸腾开始出现,在壁温达到210℃时,沸腾传热效率比单相对流换热提高了40%以上。     

基于FLUENT的换热管换热性能分析

通过几种不同结构的换热管,利用FLUENT软件的SIMPLE算法及κ-ε模型对换热管的换热特性进行了耦合换热仿真。主要分析了进口温度为385 K(112℃)时换热管内空气温度及压差的变化,仿真结果表明,换热管的综合换热能力与换热管的横截面积以及内通道突起有关,并给出了定性的分析结论,为设计综合性能更好的换热管提供了理论依据。     

工业供热中汽汽再热器换热强化数值研究

为了强化工业供热中的汽汽换热,通过CFD技术对不同类型换热管的流动及换热特性进行了研究。结果显示：光滑壁面时管壁两侧的高、低温蒸汽的温度梯度沿着流向逐渐变化,对流换热逐渐增强;相比于光滑管,采用内波节管和内螺纹波节管时,高温蒸汽侧的温度梯度增大,而低温蒸汽侧的壁面温度梯度明显增大;采用壁面异型结构能够改变管壁内温度梯度,采用内螺纹波节管尤甚。采用内波节管和内螺纹波节管的平均Nu相比于光滑管显著提高,最大值分别提高了26%和30%。     

表面强化管外池沸腾传热特性研究

为实现节能降耗,开发了多种强化沸腾传热的高效换热管。以水为工质,在0.1MPa下对垂直光管、烧结多孔管和T槽管进行了池沸腾传热实验研究,并分析了沿管子轴向的温度分布。实验结果表明,烧结多孔管与T槽管能显著降低起始沸腾过热度、强化沸腾传热:烧结多孔管和T槽管的起始沸腾过热度比光管的低1.5K左右;烧结多孔管和T槽管的核态沸腾传热系数分别为光管的2.4～3.2倍和1.6～2.0倍。此外,烧结多孔管和T槽管能降低相同热流密度下的壁面温度,且有利于降低管子轴向的温差。     

“球囊夹紧法”取出锁骨下动脉支架推送杆断裂残端一例

针对水平光滑管和微肋管,基于FLUENT平台对制冷剂管内沸腾传热特性进行了数值模拟,研究质量流量、热流密度及干度等因素对制冷剂R245fa沸腾换热系数的影响。模拟结果表明:沸腾换热系数随着制冷剂质量流速与热流密度的增加而提高;随着干度的增加,换热系数先增加再降低,并在x=0.7时达到极大值;相比光滑管,微肋管内制冷剂的沸腾传热系数能提高10%~25%。     

竖直圆管内R113的降膜换热特性数值模拟

为开发适用于低温热源的高效降膜蒸发换热装置,本研究采用FLUENT软件对低沸点有机工质氟利昂(R113)在竖直管内汽液两相逆流降膜蒸发进行模拟研究。汽液界面捕捉选用VOF模型,并通过udf编程模拟汽液两相蒸发传热,研究了喷淋密度、热流密度及入口温度对R113降膜蒸发换热的影响。结果表明:在一定结构参数下,存在降膜换热最佳喷淋密度;在一定喷淋密度下,热流密度对降膜换热影响显著,且热流密度越高换热效果越好;随着入口温度升高,降膜换热效果削弱,且高于某温度后其对降膜换热几乎没有影响。     

水平管内制冷剂沸腾传热特性的数值模拟

针对水平光滑管和微肋管,基于FLUENT平台对制冷剂管内沸腾传热特性进行了数值模拟,研究质量流量、热流密度及干度等因素对制冷剂R245fa沸腾换热系数的影响。模拟结果表明:沸腾换热系数随着制冷剂质量流速与热流密度的增加而提高;随着干度的增加,换热系数先增加再降低,并在x=0.7时达到极大值;相比光滑管,微肋管内制冷剂的沸腾传热系数能提高10%~25%。