中间流体气化器丙烷相变换热实验

为了模拟中间流体气化器(IFV)中中间介质丙烷的换热情况,设计并搭建了一个IFV换热模拟实验台。采用水作为热源,冷氮气为冷源,在两个套管式光滑圆管中进行了丙烷的沸腾和冷凝换热实验,分析了水入口温度、水流量和实验管倾斜程度对丙烷换热的影响。结果发现丙烷的沸腾传热系数随着热通量的增大而增大,换热管倾斜时,其换热有所增强,实验值与Cooper方程对其换热的预测值的变化趋势是一致的,误差基本在30%以内。丙烷的冷凝传热系数随着壁面过冷度的增大而减小,传热管倾斜时,其换热也有所增强,传热系数的实验值和Nusselt方程预测值的变化趋势一致,误差在40%以内。     

电火花改性表面池沸腾换热特性

通过电火花成型加工技术在铜基换热表面制备微纳结构改性表面,以自制换热表面性能测试装置进行改性表面的池沸腾换热性能实验。改性表面随加工电流改变而具有不同粗糙度、孔隙率和粗糙度因子,表面接触角范围在117.4°~133.5°。实验结果表明,改性表面的微纳结构提高换热面的池沸腾换热效果,临界热流密度较光滑铜表面提高了26%~87.8%,最大传热系数提高了48.1%~213%。改性表面的传热系数随着粗糙度增大而减小,而临界热流密度则是先增大后减小;孔隙率的增大使得改性表面的传热系数也随之增大,临界热流密度则是随着孔隙率的增大而先增大后减小;临界热流密度随着粗糙度因子的增大而降低,传热系数则是先增大后降低。粗糙度对沸腾换热的强化效果较小,孔隙率和粗糙度因子是强化池沸腾换热的关键,孔隙率和粗糙度因子分别影响了气泡核化密度和实际接触面积,提高了气泡脱离频率,带走更多的热量,但两者间存在互相制约的平衡关系。     

内插螺旋立式上行管流场及传热性能的实验研究

通过粒子图像测速流场实验与传热实验相结合,研究了内插螺旋立式上行管的螺旋节距、丝径、中径比等结构参数在不同Re下对流场、阻力及传热性能的影响。结果表明,内插螺旋能够有效扰动和混合管内流体,使管内形成多个纵向旋涡的流体结构、增大管壁附近液体涡量,有利于强化传热。当Re相同时,管内平均流速v、Nu和综合换热性能PEC均随丝径增大而增大,随中径比减小而增大;随节距增大,3种参数均出现增大的趋势,节距大于20 mm后开始减小。管内流体的阻力f随丝径和节距增大而减小,随中径比增大而增大。综合比较,在较低Re时,节距p=20 mm、丝径e=1.6 mm、中径比D/d=0.75时综合传热效果最好。     

水平横槽纹管内氨沸腾换热及压降特性实验研究

对水平横槽纹管内氨沸腾换热及其压降特性进行了实验研究，获得了不同热流密度、不同质量流速和不同局部蒸汽干度下沸腾换热和压降的实验数据。实验结果表明，在本实验的参数范围内，与光滑管相比，横槽纹管在压降增加不大的情况下可使管内沸腾换热系数提高３０％～１５０％，横槽纹管的节距减小对传热强化的作用明显，而对槽深的影响不大。还给出了横槽纹管内氨局部沸腾换热和压降的无因次准则关系式。     

水平管内R245fa/R141b沸腾换热特性的实验研究

针对新型混合工质R245fa/R141b,开展水平光滑管(外径10 mm)内工质沸腾换热特性的实验研究,对比纯工质与混合工质的换热性能及4种常用关联式的预测精度。结果表明：纯工质与混合工质的沸腾传热系数均随质量流速和热通量的增加而增大,随饱和压力的增加而减小;随干度的增加,沸腾传热系数均先增大后减小,即存在“过渡干度”,且混合工质的过渡干度大于纯工质;干度小于0.55时,混合工质传热系数小于纯工质;干度大于0.55后,混合工质的传热系数更高;随R245fa质量分数的增加,混合工质的沸腾传热系数增大。在所选关联式中,Gungor-Winterton关联式能准确地预测工质在光滑管内的沸腾换热特性,平均相对误差为16.67%。     

翅片管内嵌入螺旋线圈的强化传热分析

以注汽锅炉对流室的翅片管为研究对象,结合锅炉的实际工况对光管和嵌入螺旋线圈后管道传热和流动进行分析,结果表明翅片管内嵌入螺旋线圈后靠近管壁的流体呈现螺旋状旋转运动,嵌入螺旋线圈起到了强化传热的作用。接着分析螺旋线圈结构参数对强化传热的影响,选择四组螺距和直径形成16组不同的螺旋线圈结构参数并分别进行仿真;分析了螺旋线圈的螺距和直径对努塞尔数、阻力系数、场协同角余弦值和PEC值的影响。结果表明:当直径相同时,努塞尔数随着螺距的增大而减小,而在螺距相同时,努塞尔数随着直径的增大而增大。选择适合的直径和螺距可以有效提高PEC值。     

两种烧结通道的沸腾传热和阻力特性对比

多孔材料对沸腾换热的强化是能源化工领域的重要主题。本文针对两种不同的烧结结构——并联微通道和扁平通道（仅有烧结底层）,以去离子水为工质,进行了过冷流动沸腾换热实验对比研究。研究发现：并联微通道的传热系数和临界热流密度远高于扁平通道,这和并联微通道优异的毛细供液性能相关。底厚粒径比对并联微通道的沸腾换热性能影响较大,过大的底厚粒径比会造成换热性能的下降。质量通量对小粒径样品的沸腾曲线和换热性能均影响较大,对大粒径（d=120μm）样品的沸腾曲线影响较小。烧结并联微通道的平均压降大于扁平通道。相同底厚下,平均压降随着微通道粒径的增大而增大。可视化观察表明：两种通道在中高热流密度流型不同,其主要相变机制均为薄液膜蒸发模式。     

不同宽度窄缝通道过冷沸腾

以去离子水为实验工质,在窄缝宽度δ=3、4 mm,质量流速G=143、300 kg·m^-2·s^-1,主流过冷度ΔT_sub=17、25℃,热通量q=1～20 W·cm^-2的参数范围内,对常压下竖直窄缝通道内向上流动过冷沸腾的换热规律进行了实验研究。对不同宽度窄缝通道内的同一区域过冷沸腾气泡演变过程进行了可视化实验分析,发现窄缝宽度因素对过冷流动沸腾的流动换热特性和壁面核化特性影响显著,其中包括沸腾起始点ONB,压降ΔP,传热系数h,汽化核心密度N_a,气泡脱离直径D_d,气泡脱离频率f等。     

换热管内置螺旋弹簧对传热性能影响的研究

通过粒子成像测速(PIV)技术,研究了内置螺旋弹簧对换热管传热性能的影响,并分析了螺旋弹簧节距、丝径以及中径对管内流场的影响。结果表明,内置弹簧管的强化传热系数明显高于光管,传热效果随弹簧节距、丝径的增大而增大,随中径的减小而增大。通过实验,确定了增强湍流程度的最佳方式。     

不同宽度窄缝通道过冷沸腾

以去离子水为实验工质,在窄缝宽度δ=3、4mm,质量流速G=143、300kg·m~(-2)·s~(-1),主流过冷度ΔTsub=17、25℃,热通量q=1~20 W·cm~(-2)的参数范围内,对常压下竖直窄缝通道内向上流动过冷沸腾的换热规律进行了实验研究。对不同宽度窄缝通道内的同一区域过冷沸腾气泡演变过程进行了可视化实验分析,发现窄缝宽度因素对过冷流动沸腾的流动换热特性和壁面核化特性影响显著,其中包括沸腾起始点ONB,压降ΔP,传热系数h,汽化核心密度Na,气泡脱离直径Dd,气泡脱离频率f等。     

混合制冷工质R134a/R142b池核沸腾传热强化研究

混合制冷工质的传热性能差,使得其应用受到一定限制,而采用适当的强化传热技术可以大大提高混合制冷工质传热性能。实验的热流密度范围内,在相同的热流密度条件下,非共沸混合制冷剂Ｒ１３４ａ／Ｒ１４２ｂ在机械加工表面多孔管外沸腾传热膜系数是光滑管的１．７８～３．３３倍。     

Heat transfer augmentation in a circular tube with winglet vortex generators☆

The article presents the influence of winglet vortex generators (WVGs) placed in the core flow area on ther-mal performance enhancement of a tube heat exchanger. The experiment was carried out in a uniform wall heat-fluxed tube by varying turbulent alrflow for Reynolds number ranging from 5300 to 24000. In the pres-ent work, the WVGs with an attack angle of 30° were inserted into the test tube at four different winglet pitch ratios (RP=P/D) and three winglet-width or blockage ratios (RB=e/D). The experimental results at various RP and RB values were evaluated and compared with those for smooth tube and tubes with twist-ed tape or wire coil. The measurement reveals that the WVGs enhance considerably the heat transfer and friction loss above the plaln tube, wire coil and twisted tape. The Nusselt number and friction factor increase with the increment of RB and Re but with the decreasing RP. The average Nusselt numbers for the WVGs with various RB are in the range of 2.03–2.34 times above the plaln tube. The thermal performance for the WVGs is found to be much higher than that for the wire coil and twisted tape and is in a range of 1.35–1.59. Also, a numerical investigation is conducted to study the flow structure and heat transfer enhancement mecha-nisms in the winglet-inserted tube.     

氟里昂R-113在水平管束管外池沸腾实验研究

通过对氟里昂R-113在水平管束管外地沸腾的实验研究,分析了管束沸腾的滞后现象及沸腾换热系数的管束效应.得出了管束沸腾换热系数的经验关系式,并讨论了关系式中系数和指数与换热机理的内在联系.     

氟里昂R-113在水平管束管外池沸腾实验研究

通过对氟里昂R-113在水平管束管外地沸腾的实验研究,分析了管束沸腾的滞后现象及沸腾换热系数的管束效应.得出了管束沸腾换热系数的经验关系式,并讨论了关系式中系数和指数与换热机理的内在联系.     

Über den Einfluss des Wärmeleitvermögens der Rohrwand auf den umfangsgemittelten Wärmeüberganskoeffizienten beim. Sieden im horizontalen VerdampferrohrThe influence of the circumferential heat conduction on the perimeter-averaged heat transfer coefficient at flow boiling in horizontal tubes

The different heat transfer coefficients of gas and liquid produce a temperature distribution along the perimeter in horizontal evaporator tubes. This temperature distribution, and thus the perimeter-averaged heat transfer coefficient is influenced considerably by the thermal conductivity, the wall thickness and the diameter of the tube. With measured local heat transfer coefficients and wetting limits at flow boiling of argon and nitrogen, perimeter-averaged heat transfer coefficients were calculated, taking as parameters the thermal conductivity, the wall thickness and the diameter of the tube. The results show that, by varying the values for these parameters, perimeter-averaged heat transfer coefficients can differ by several hundred per cent.     

满液式蒸发器中螺旋扁管的池沸腾传热

对螺旋扁管在满液式蒸发器中的池沸腾传热进行了实验研究。螺旋扁管由外径为15.88 mm的圆形满蒸管加工而得,其外径、壁厚以及长度分别为19.50 mm×11.28 mm、1.09 mm和3310 mm。通过实验研究了管程Reynolds数Re_i、制冷剂饱和温度T_sat、管壁过热度T_sup以及热通量q_b对于池沸腾传热性能的影响。结果表明,随着Re_i、T_sat和q_b的增加,螺旋扁管满液式蒸发器以及原有满液式蒸发器的沸腾传热性能都随之增强,而随着T_sup的增加,两者的沸腾传热性能却呈下降趋势。同时,对装有两种满液式蒸发器的螺杆式冷水机组分别进行了测试,结果表明在换热量相同的条件下,螺旋扁管满液式蒸发器比原有蒸发器的总传热系数提高了15%左右,证明螺旋扁管满液式蒸发器在螺杆式冷水机组中的应用是可行的。     

内置螺旋弹簧换热管内流动与传热三维数值模拟

为研究内置螺旋弹簧换热管单管强化传热原理,采用Fluent软件对内置螺旋弹簧换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟,考察了弹簧的应用对管内流场、压降和换热性能的影响,并分别取螺旋弹簧节距p分别为2 mm、4 mm、5 mm初步研究了弹簧的节距对强化传热效果的影响。模拟结果显示：弹簧管内流体呈螺旋流动状态,管壁附近流体切向速度和径向速度有一定程度的提高,从而加剧了管内流体的混合及边界层的扰动,充分换热,弹簧管进出口温度差较光管有所增加,最高增加了0.9 ℃;相同雷诺数条件下,内置螺旋弹簧换热管Nu数均高于光管,而压降和阻力系数相比光管有明显增加,随着弹簧节距减小换热增强而摩擦阻力系数增加。     

脂肪酸甲酯降膜蒸发器沸腾传热性能

利用传统的多管排列式蒸发器对高黏度、易结垢的混合物进行蒸发,容易造成布液器堵塞,且结垢后的传热管难以清理。因此根据物料特性,本文设计了一种新型的降膜蒸发器,采用大降液孔加倾斜环板进行布膜,利用内径较大的锥筒作为传热壁面,并以粗甲酯作为试验工质对蒸发器的降膜蒸发传热系数随蒸发器筒体半锥度角、液膜流动雷诺数以及输入热通量之间的关系进行了试验研究。结果表明：该型蒸发器对于上述工质具有较好的适用性,蒸发系统能够在保持较高的传热系数的条件下,连续运行而不发生堵塞;蒸发器筒体锥度角有效地强化了降膜蒸发传热过程,而较大的热通量及进料流量在一定程度上却不利于蒸发传热。最后建立了降膜蒸发传热系数随蒸发器筒体半锥角和流动准数之间的经验关联式。     

高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟

采用双流体模型对高压高过冷度下垂直圆管中水的过冷流动沸腾进行了数值模拟。通过对比不同气泡直径模型,揭示了气泡直径对于壁面传热方式的影响,确定了适合高压工况的气泡直径模型。考察了压力及壁面热通量对流动及传热特性的影响。计算结果表明,压力增加气泡脱离直径减小,单相对流传热所占比例增加,表面传热系数减小。高压高过冷度特征决定了气泡相分布极不均匀,随着热通量的增加,壁面附近容易形成气泡的密集,对过冷流动沸腾中的传热特性有重要影响。