水平管内低压蒸汽的冷凝

对水平管内低压蒸汽冷凝现象进行了实验研究.考察了冷却水流量、温度恒定条件下热流密度、蒸汽压力、蒸汽流速对冷凝传热膜系数及总传热系数的影响关系,同时考察了总传热温差、蒸汽进出口温差及压降随热流密度变化的关系.关联出了相应的水平管内冷凝传热膜系数的计算式,计算值与实测值的偏差在±15%以内.     

水蒸气在蛇管内的环状流冷凝

本文对蛇管内环状流冷凝传热进行了理论分析,在所建立的模型中考虑了由于二次流的存在而产生圆周方向的剪力,并在剪力控制和接近剪力控制的条件下,测定了蛇管内水蒸气冷凝传热膜系数及两相流动压降,传热模型与实验值符合良好.     

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。     

肋密度对齿状翅片管外冷凝换热和流动的影响

采用数值和实验相结合的方法研究了齿状翅片管周围的冷凝流动和传热特性。利用经过验证的计算模型，分析了齿状翅片管在周向和轴向上的膜流动特性和冷凝传热系数，提供了有关高性能管中冷凝过程的信息。结果表明，齿状翅片管的周向和轴向薄膜厚度随着肋密度的增加而增加。对齿状翅片管特殊的传热结构进行了研究，发现复杂的传热结构导致表面张力的变化，从而改变了液膜的分布。齿状翅片管的局部冷凝传热系数对液膜分布非常敏感。得到了与最大总传热系数相对应的最佳肋密度，表明齿状翅片管的强化传热机理是传热面积和液膜厚度的共同作用。     

纵向双曲波纹管冷凝传热的分析研究

对纵向双曲波纹管冷凝传热系数进行实验研究 ,分析了波纹管强化传热机理 ,建立了冷凝传热系数的数学模型 ,通过实验得到纵向波纹管的冷凝传热系数的计算式 ,并以此为依据 ,设计出高效节能波纹管冷凝器     

高温含油热解气的冷凝特性研究

为了揭示焦油在换热器中的冷凝传热过程,基于Euler Wall Film(EWF)模型对热解气在冷凝管内的冷凝过程进行了模拟.此外,基于实验数据对上述冷凝模型进行验证.研究结果表明:采用EWF模型模拟计算的结果与实验数据吻合良好;当热解气入口速度从2 m/s增加至3.5 m/s时,沿冷凝壁面液膜速度增大,液膜厚度减小了...     

水平管内含空气蒸汽流动冷凝局部换热特性

通过进行含空气蒸汽在水平管内强制对流冷凝换热实验,结合流型判断结果,详细分析了空气质量分数、混合气流速和压力以及换热管内壁面过冷度对局部冷凝传热系数的影响。结果表明:局部冷凝传热系数始终随空气质量分数的增加而减小,随混合气总压的增加而增大;在环状流下,局部传热系数主要受混合气流速影响;在波状流下,局部传热系数大小由局部空气含量和波状流的发展程度决定;在分层流下,局部传热系数受壁面过冷度影响。     

滴状冷凝强化传热管制备及性能研究

采用涂覆-热处理法制备了二甲基硅油膜、硅橡胶膜、纳米白炭黑-硅橡胶膜滴状冷凝强化传热管。研究了二甲基硅油、107硅橡胶、纳米Si O2在铸膜液中浓度对热通量、总传热系数、冷凝传热系数及表面传热温差等的影响,并用傅里叶红外光谱和接触角对本实验所制备的传热管表面进行了分析。结果表明:实验所制得的4种类型的传热管均可以实现滴状冷凝现象;与相应的膜状冷凝相比,纳米白炭黑-硅橡胶膜的冷凝传热系数提高了3.1~3.3倍,传热效果最好;二甲基硅油膜强化传热管的传热效果次之,与相应的膜状冷凝相比,其冷凝传热系数提高了1.9~2.1倍;两种膜的表面温差分别约为相应膜状冷凝的1.3~1.4倍和1.2~1.3倍。     

内插螺旋线强化糖浆立式降膜蒸发传热

搭建了新型立式单管蒸汽-糖浆降膜蒸发实验平台,进行连续4 h加与不加螺旋线的降膜蒸发运行对比实验,研究管内插入特定结构和工艺参数的螺旋线对变粘性糖浆降膜蒸发传热性能的影响.结果表明,内插螺旋线可明显改善糖浆降膜蒸发传热效果,相同条件下,内插螺旋线时总传热系数比空管提高了25.9%~82.9%,且随时间延长其下降速率明显低于空管;从管内蒸发侧和管外冷凝侧传热角度分析降膜蒸发传热性能,传热温差增大,管内蒸发侧传热性能变好,管外冷凝侧传热性能变差,增大传热温差改变物料物性(粘度减小)可强化传热效果.在非结垢影响的传热时间内,对管内蒸发侧传热系数进行处理,得到了管内综合传热系数与传热温差的实验关联式.     

低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性的实验研究

对换热长度为3.4 m、内径为38 mm的真空水平管内的蒸汽凝结流动换热特性进行了实验研究。分析了蒸汽质量流率小于9 kg/(m²·s),蒸汽饱和温度为50、60和70℃,换热温差为3~7℃时对凝结过程的影响。通过对分层流动冷凝换热机理分析,建立了热分区角计算模型。实验结果表明,热分区角随着质量流率的增加而增加,随着传热温差的增大而增大;饱和温度对管内凝结的局部传热系数和热分区角影响较小。通过以热分区角为分区界限,建立了局部传热系数经验关联式,在预测实验工况下,对于管顶部膜状冷凝区,预测精度在±25%以内;对于管底部冷凝液对流换热区,预测精度在+25%~-35%。     

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。     

螺旋管丙烷流动沸腾换热特性

丙烷作为自然工质具有良好的换热性能并且对环境影响较小,是替代传统制冷剂的选择。目前对于丙烷在螺旋管中沸腾传热的研究较少。实验测量了丙烷在管内径8 mm、螺旋半径42 mm、螺距21.5 mm的螺旋管中的流动沸腾传热系数。实验采用套管的形式,在螺旋管外用恒温水对丙烷进行加热,调整水入口温度与水流量得到不同的热通量。实验表明,螺旋管对流动沸腾换热具有一定的强化作用。实验数据与已有的螺旋管流动沸腾换热关联式进行了比较,在6 kW·m⁻²以下的低热通量时,Guo（1998）换热关联式比Ji（2015）预测准确度更高,推荐使用Guo（1998）关联式。     

非均匀热流边界条件下螺旋管内流动传热的场协同分析

建立了螺旋管内流动换热的物理数学模型,对均匀和非均匀热流边界条件下螺旋管内湍流传热进行了数值模拟。结果表明：当对螺旋管表面施加相同的加热功率时,均匀热流边界条件下湍流传热系数高于非均匀热流边界条件下的湍流传热系数,且均匀热流边界条件下螺旋管内的场协同角低于非均匀热流边界条件;非均匀热流边界条件时,在相同的De下,曲率较小的螺旋管传热系数大,且曲率较小的螺旋管内场协同角较小;同时,随着管径的增大,螺旋管内的传热系数也随之下降,但螺旋管内的场协同角随之增大。     

基于丝网探针的螺旋管内气液两相流气泡行为研究

核反应堆蒸汽发生器的传热面由螺旋管束组成。螺旋管的三维螺旋结构使得泡状流和塞状流等气液两相流中的气泡在重力、离心力和浮力等作用下在管道内部呈现不对称的相分布状态,两相滑移速度增大,显著影响换热性能并导致DNB型传热恶化难以预测。实验介质为空气-水,结合自主开发的电导式丝网探针技术并发展先进的数据后处理算法,实现了复杂流场的三维时空重构和离散气泡粒径的精细测量,获得了螺旋管内泡状流和塞状流的截面空泡分布规律。基于研究结果,可根据气泡分布规律对螺旋管道的几何结构进行调整以避免传热恶化,为螺旋管式蒸发器的安全设计提供了基础数据和优化思路。     

基于丝网探针的螺旋管内气液两相流气泡行为研究

核反应堆蒸汽发生器的传热面由螺旋管束组成。螺旋管的三维螺旋结构使得泡状流和塞状流等气液两相流中的气泡在重力、离心力和浮力等作用下在管道内部呈现不对称的相分布状态,两相滑移速度增大,显著影响换热性能并导致DNB型传热恶化难以预测。实验介质为空气-水,结合自主开发的电导式丝网探针技术并发展先进的数据后处理算法,实现了复杂流场的三维时空重构和离散气泡粒径的精细测量,获得了螺旋管内泡状流和塞状流的截面空泡分布规律。基于研究结果,可根据气泡分布规律对螺旋管道的几何结构进行调整以避免传热恶化,为螺旋管式蒸发器的安全设计提供了基础数据和优化思路。     

Heat Transfer Augmentation and Entropy Generation Analysis of a Helically Coiled Tube with Internal Longitudinal Fins

Heat transfer augmentation and entropy generation were investigated for a helically coiled tube with internal longitudinal fins. The Nusselt number, friction factor, thermal‐hydraulic performance ratio, and augmentation entropy generation number were calculated and analyzed. The results indicated that the internal longitudinal fins enhance the secondary flows and increase the temperature gradient near the tube wall, which in turn increase the heat transfer. It was found that the helically coiled tube with internal longitudinal fins provides the best integrated performance over the range of computed Dean numbers. The Nusselt number rised by 20–35 % with a corresponding 27–56 % increase of the friction factor. The computed results indicated that augmentation entropy generation numbers are approximately changed between 0.012 to 0.132 levels, i.e., the novel helically coiled tube with internal longitudinal fins is more efficient than that without internal fins.     

水平管束冷凝换热设计计算问题讨论

针对大型水平管束冷凝换热设计计算,对水平管束膜状冷凝换热系数典型公式进行了对比分析;结合管束结构及冷凝液膜流动行为,阐明了相关公式的适用条件、计算结果差异及原因。然后通过工程实例计算对比和壳程蒸汽流动模拟进一步表明,现有相关公式因未能充分考虑冷凝加热器中蒸汽流动的多方向性及其对冷凝液膜的扰动,其换热系数计算值明显低于实际;并针对大型水平管束冷凝换热工程计算模型的完善,对进一步的研究工作提出了建议。     

螺旋状中空纤维膜萃取传质特性

在对中空纤维膜萃取以及螺旋管技术进行充分调研的基础上 ,选择水 -苯酚 - 30 %TBP煤油为实验体系 ,溶质由水相萃取到有机相 ,在不同结构的单束螺旋状中空纤维膜器中研究了螺旋管纤维膜管内外流速以及螺旋管结构等因素对传质系数的影响 .实验结果表明 ,螺旋管中空纤维膜可以有效地提高中空纤维膜的传质特性 .随着管内流速的增加 ,传质系数将有很大提高 ,而管外流速对于传质系数的影响则较小 .至于螺旋结构的影响为 :随着螺旋内径的减小或者是螺旋螺距的减小 ,总传质系数相应地有很大提高 .最后得到了在本实验条件下计算总传质系数K的关联式     

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.