薄膜蒸发器温度场及膜内给热系数的数值模拟

应用CFD软件CFX4.4建立了薄膜蒸发器内水及粘性料液的传热计算模型,获得了沿轴向及膜厚方向的液膜平均温度分布,计算了各参数下加热段液膜内给热系数a. 结果表明,进料量及搅拌转速对各料液液膜温度分布及膜内给热系数影响显著. 不同粘度料液在不同操作条件下均存在同一最佳进料量,此时圈形波内截面平均速度 达到最大值, 相应的膜内给热系数a也达到最大值. 高转速或最佳进料量下,纯物质水流动边界层与膜厚之比及温度边界层与膜厚之比均最小,流动边界层与温度边界层存在内在联系. 传递边界层厚度严重影响液膜内温度分布及给热系数. 本研究各工况下,粘性料液尚未形成明显的温度边界层.     

Natural convection on a vertical plate with variable heat flux in supercritical fluids

The present article investigates laminar free convection with uniform or non-uniform prescribed surface heat flux over a vertical flat plate in supercritical fluid, numerically. A new equation for thermal expansion coefficient in a supercritical fluid is derived based on Redlich–Kwong equation of state as a function of pressure, temperature and the compressibility factor. Calculated values of thermal expansion coefficient have been compared with the experimental results which show better accuracy in comparison with van der Waals ones. The governing systems of partial differential equations were solved numerically using the finite difference method. The local Nusselt number was calculated and plotted as a function of the local Rayleigh number. Using supercritical fluids in constant heat flux free convection, decrease wall temperature in comparison with under critical fluids. It was observed that positive and negative slopes of surface heat flux distribution increases and decreases the heat transfer coefficient, respectively.     

波纹管强化管内沸腾传热的试验研究

分别以煤油和水为工质,对不同流速情况下波纹管和光管的管内流动沸腾传热特性进行了试验研究。试验中采用套管式换热器,依靠管外的高温热水对管内工质加热使之沸腾。在不同流速下,根据试验测量的流量和温度等参数计算管内流动沸腾传热系数。结果表明:随着气相雷诺数的提高,传热系数随之提高;相对光管,波纹管对上升流动管内沸腾传热有明显的强化作用。根据试验结果给出了波纹管管内流动沸腾传热系数关联式。     

Heat transfer in lid driven channels with power law fluids in a hydrodynamic fully developed flow field

We present a finite element numerical study of heat transfer in lid driven channels with fully developed axial flow for non-Newtonian power law fluids. The effect of channel aspect ratio and material properties on temperature distribution and wall heat transfer are studied. The results show that in comparison with Newtonian fluids the shear thinning property of the fluids acts to reduce the local viscous dissipative heating and as a result the axial local fluid temperature is reduced. Applications of the results to scraped-surface heat exchanger design and operation are recommended.     

卧式螺旋管内紊流传热

在宽广的参数范围内对卧式螺旋管内紊流换热特性进行了详细的试验研究, 试验结果表明,螺旋管内强化换热是紊流流动与二次流动共同作用的结果,Reynolds数越大,二次流对强化换热的贡献越小,平均换热系数也越接近于等条件下的直管换热;换热系数在圆截面上的分布很不均匀,最外侧换热系数可达最内侧的3～4倍,最内侧是平均换热系数的0.5倍,并得到了截面上局部换热系数的计算式;换热系数在流动方向的分布具有周期性。     

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。     

聚合釜传热性能的实验研究及数值模拟

基于CFD模拟与传热实验相结合的方法对5 L夹套聚合釜的传热性能进行研究。建立聚合釜的液固耦合稳态传热模型,获得釜内流体、夹套内流体及金属固体域内温度分布。开展传热实验对模拟结果进行验证,各对比点温度的最大相对误差在1%~5%范围内。通过模拟获得釜内外壁面传热系数及总传热系数,并关联出釜侧及夹套侧 Nu的经验式。结果表明：釜内流体温度分布方差始终在0.002以下,固体域内和传热边界层温度梯度较大,传热边界层厚度约3.8 mm;实验范围内,入口温度和反应放热量对釜内温度的影响显著,入口流速次之,搅拌转速影响最弱;夹套侧传热系数远小于釜侧传热系数,提高夹套侧传热系数是提升传热性能的关键;实验用聚合釜外表面散热量与内外温差呈正比,比例系数约为3.031 W·K ^-1。     

非共沸制冷剂非完全冷凝现象的假想及判据

为了探讨空调系统中非共沸制冷剂的变工况循环特性,揭示系统循环参数与冷凝器中的换热流体温度和流量之间的关系,进行了大量的实验研究。根据实验数据发现了一种特殊的实验现象,即在换热流体进口温度不变的前提下,系统性能系数（COP）随换热流体流量的逐步增大呈现先升高后降低的特性,为解释此现象提出了制冷剂非完全冷凝的假想。在此基础上,初步建立了非共沸制冷剂非完全冷凝的理论判据,并将该判据推广应用到了15种已商品化的非共沸制冷剂上,预测了这些制冷剂发生非完全冷凝现象的条件。     

LAMINAR BOUNDARY LAYER HEAT TRANSFER TO POWER-LAW FLUIDS

The heat transfer for the steady two-dimensional incompressible laminar boundary layer of power-law non-Newtonian fluids past a semi-infinite static or moving flat plate is studied by local similarity method. Four cases are considered: static plate with prescribed wall temperature and heat flux; and moving plate with prescribed wall temperature and heat flux. The effescts of the flow index, streamwise distance and modified Prandtl number on the temperature distribution and heat transfer rate are discussed in detail.     

LAMINAR BOUNDARY LAYER HEAT TRANSFER TO POWER-LAW FLUIDS

The heat transfer for the steady two-dimensional incompressible laminar boundary layer of power-law non-Newtonian fluids past a semi-infinite static or moving flat plate is studied by local similarity method. Four cases are considered: static plate with prescribed wall temperature and heat flux; and moving plate with prescribed wall temperature and heat flux. The effescts of the flow index, streamwise distance and modified Prandtl number on the temperature distribution and heat transfer rate are discussed in detail.     

同轴式内部热耦合精馏塔的传热性能

提出了一种以实验物系的物性数据为基础的计算同轴式内部热耦合精馏塔（HIDiC）总传热系数的方法。本文以乙醇-水为实验物系,以自行搭建的中试规模同轴式HIDiC为研究对象,通过在不同压缩比下（1.4~2.6,步长为0.1）的连续操作实验研究,得到塔内的温度分布,通过计算两塔段的相变给热系数来计算该塔的总传热系数和精馏塔段与提馏塔段间的换热量。在同轴式HIDiC中乙醇-水实验物系总传热系数的计算值在300~800W/(m²·K),并且随着压缩比的增大而逐渐降低。在操作条件和产品纯度与实验值保持一致的情况下,将精馏塔段与提馏塔段间换热量的计算值带入软件中模拟,得到的全塔温度分布与实验中的温度分布在误差范围内吻合良好,证明本文计算同轴式HIDiC总传热系数的方法切实有效。     

过冷中间流体气化器换热过程实验

中间流体气化器(IFV)是液化天然气浮式储存与再气化装置中关键设备之一。IFV较多采用丙烷作为中间流体,利用其蒸发、冷凝相变过程将LNG气化,而过冷中间流体换热流程可以减小气化器体积。通过对过冷丙烷换热流程进行实验,充分结合实际FSRU海平面运行背景,验证中间流体丙烷在水平面和倾斜角度下的换热特性及对整个换热过程的影响因素。实验发现海平面的略微晃动对其换热有一定的增强;当海水温度随四季发生改变升高时,中间流体提供给LNG的气化换热量也会增大,海水进出口温度差也会增大;当海水流量变大时,整个过程的换热强度增大。     

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。     

基于GA-BP神经网络的超临界CO2传热特性预测研究

超临界二氧化碳（S-CO₂）动力循环在能源利用领域中拥有广阔的应用前景,其中超临界CO₂的传热特性对其能量转换效率至关重要。开展了超临界CO₂在水平小圆管内对流传热实验研究,并通过建立遗传算法优化的BP神经网络模型（GA-BP）,对其在不同工况下的传热特性进行预测分析。实验参数范围：系统压力7.5~9.5 MPa,质量流速1100~2100 kg/（m²?s）,热通量120~560 kW/m²。实验结果表明,超临界CO₂传热系数随流体温度的升高先增大后减小,在拟临界温度附近达到最大值。GA-BP神经网络模型能有效地预测超临界CO₂的传热系数,预测数据的决定系数R²为0.99662,超过95%的数据误差位于±10%范围内,平均误差为3.55%,为超临界流体传热预测提供新的思路。     

直接接触式环流换热器传热研究

首次开发了直接接触式环流换热器 ( DCRE)。分散相液滴不断吸热气化 ,导致气升管轴向上连续相和分散相的温度变化 ,从而产生不同的传热推动力 ,形成体积传热系数分布。在实验基础上 ,重点讨论工质的进料量、连续相和分散相间的传热温差对体积传热系数的影响 ,并从单个液滴气化传热的机理出发 ,推导出体积传热系数分布的表达式及平均体积传热系数的准数关联式。     

盐浴螺旋盘管式焦炉上升管余热回收装置传热性能试验

对盐浴螺旋盘管式结构的焦炉上升管高温荒煤气余热回收装置进行了以烟气代替荒煤气的传热性能模拟试验,得到了上升管余热回收装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布、上升管内烟气侧的传热系数、环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数等试验研究结果。结果表明,装置螺旋盘管环形套筒的外壁温度分布并非均匀,随上升管内烟气温度的升高而波动增大;烟气侧对流传热系数在Re数高于2900后随Re数的增大而明显上升;螺旋盘管外盐浴的自然对流传热系数随熔盐温度的升高几乎不变。根据试验结果拟合出环形套筒内螺旋盘管外盐浴的自然对流传热关联式,为实际的工程应用提供参考。     

平板微热管阵列及其传热特性

研制了结构紧凑的带有微结构的平板微热管阵列,并对其充装不同工质时的传热性能进行测试。同时对热管内充装不同工质时的热通量进行了测试。结果表明,在使用甲醇、乙醇、丙酮、R141b为工质的情况下该平板微热管阵列的散热效果良好,其中甲醇为工质的散热器在保证芯片表面正常的工作温度下的最大热通量及总热量输运能力分别达到102 W·cm^-2及102 W以上。最高热通量可达200 W·cm^-2。以甲醇为工质的不同充液率实验表明,平板微热管阵列的热通量随充液率的不同而有所变化,最佳充液率为0.3。     

NUMERICAL STUDY OF DEVELOPED LAMINAR MIXED CONVECTION OF Al2O3/WATER NANOFLUID IN AN ANNULUS

This work aims to study the combined free and forced convection of an Al₂O₃/water nanofluid flowing throughout an annulus. A set of three-dimensional elliptic governing equations were solved numerically using the finite volume technique. The effect of the volume fraction of the nanoparticles and the Richardson number on the thermal and hydrodynamic parameters was extensively investigated. The distribution of the axial velocity and temperature at different cross sections is shown. The axial variation of the frictional and heat transfer coefficients is presented. Results indicate that the Richardson number does not influence the frictional coefficient, while the heat transfer coefficient directly depends on the Ri number. The dimensional axial velocity continually increases with greater volume fraction of nanoparticles at the upper and lower sides of the annulus, while this behavior for dimensionless axial velocity is not continuous. The results indicate that any increase in the volume fraction results in secondary flow enhancement and, therefore, a delay in the occurrence of the maximum heat transfer coefficient.     

氨水溶液降膜蒸发实验

发生器和吸收器的传热性能是影响制冷机组和双工质发电机组做功效率的关键因素,为了提高中低温地热（余热）在热泵机组和地热双工质发电系统中的利用效率,本文选用50%和60%的氨水溶液作为循环工质,对约6 m长的竖管降膜蒸发器的传热特性进行实验研究,分别讨论喷淋密度和热水温度对垂直降膜蒸发器的传热系数、氨蒸气量和蒸发压力的影响。结果表明,降膜蒸发器的传热系数和氨蒸气量随喷淋密度的增加先增大后减小,传热系数和蒸发压力随着热源温度的增大而增加;50%和60%的氨水溶液喷淋密度最佳值分别在0.2200～0.2500 kg/(m·s)和0.2600～0.2900 kg/(m·s);传热系数和热源温度呈线性关系。氨水溶液的实验传热系数明显高于现有文献中水的实验传热系数,通过两种不同浓度的溶液对比发现,60%的氨水溶液传热性能明显优于50%的氨水溶液。     

板翅式换热器翅片通道中流体流动与传热的计算流体力学模拟

针对平直形和锯齿形两种不同翅片类型,利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对板翅式换热器的微小通道进行了模拟,得出了通道中流体的流动与传热特性.计算结果表明,在相同情况下,平直形和锯齿形翅片中冷热流体的局部传热系数的最大值都出现在入口处;在锯齿形翅片的相邻2个锯齿的交错面上,流体的局部传热系数和压力存在突变,流体的边界层厚度要薄于在平直形翅片中的厚度,流体的局部换热系数要和压损大于其在平直形翅片中的值.