PCHE内轴向导热对局部换热性能的影响研究

通过改变印刷电路板式换热器（PCHE）通道壁厚、直径以及冷热侧CO₂进口温度差,数值分析了层流条件下,轴向导热对PCHE内超临界压力CO₂流动换热的影响。结果表明,考虑轴向导热时,局部热通量沿程变化更加平缓,冷侧对流传热系数在小于拟临界温度区域变小,而热侧对流传热系数在小于拟临界温区域增大;轴向导热仅对热效率峰值附近区域有所影响,其使得峰值略有增大且向低温侧移动;传热熵产主要发生在高温区域,轴向导热可有效降低局部传热熵产。增大壁厚和直径可增大轴向导热的影响,而增大进口温差,轴向导热的影响变化不大。     

蛇形换热管内超临界甲烷传热特性研究

使用甲烷代替液化天然气(LNG),对超临界LNG在单根蛇形管内的流动与传热特性进行了数值模拟,分析了流体物性、进口速度、压力及壁温对超临界流体传热特性的影响。结果表明,表面传热系数的总体变化趋势与定压比热容随温度压力的变化类似,表面传热系数沿管程先增大后减小;而在远大于拟临界温度的区域,除弯管处由于二次流出现突变外,表面传热系数渐趋稳定。壁温、入口速度及压力都会对表面传热系数的峰值位置和大小产生影响。增大压力可以改善超临界区域传热恶化现象;进口速度对传热影响较大,随着进口速度增大,表面传热系数显著增加。     

撞击速度对连续液滴撞击热圆柱壁面局部传热特性影响的实验

借助高速摄像机捕获连续液滴撞击热圆柱壁面后的动力学行为,通过直接测试与数值计算方法相结合,获得了不同撞击速度下沿周向和轴向的局部对流传热特性。结果表明,当液滴撞击速度较小,液膜未发生飞溅时,由于圆柱面的各向异性,沿轴向的对流传热系数单调减小,而沿周向,对流传热系数先减小后略有增大;根据对流传热系数沿周向的变化,将圆周划分为撞击区域、热扩散区域和尾部脱离区域;增大液滴撞击速度主要提高撞击区域和热扩散区域的对流传热系数,而对尾部脱离区域对流传热系数的影响并不明显。当液滴撞击速度超过某一临界值(在本文的实验条件下约为1.53 m/s)时,液膜发生飞溅,此时继续增大撞击速度,壁温的降低不再明显。     

活性焦传热系数的测定

为研究活性焦传热性能,把床层径向传热简化为径向有效导热,将轴向传热看成轴向有效导热和流体流动传热2项组成,自制传热系数测定装置,改变扰流气体流速,测定床层轴向和径向温度分布,利用Matlab软件,采用正交配置法进行数据处理,通过赋予初值,采用最优化方法求解模型偏微分方程,得出径向有效导热系数Ker及壁给热系数Hw。试验结果表明:活性焦有效导热系数约为1.39 W/(m·K),壁给热系数随着颗粒雷诺数的增加而增加。试验测定的壁给热系数与低传热系数材料的壁给热系数经验公式较吻合。     

粒子迁移对混合纳米流体对流传热性能影响

为研究混合纳米流体管内对流传热性能,采用两步法制备Al₂O₃-CuO/水混合纳米流体,测量黏度与导热系数随温度及体积分数的变化,研究层流与紊流时对流传热性能。结果表明,对于静置的混合纳米流体,体积分数越高导热系数越大,布朗运动加快水分子和粒子间温度趋于一致的速度。当Al₂O₃-CuO/水混合纳米流体体积分数为0.03%,对流传热系数在雷诺数Re分别为2300和6530时比水增大了24.3%和20.3%,这主要源自于导热系数的增大和粒子迁移运动,流体受泵驱动向前运动,在近壁处流体温度高于管中心,热泳运动驱动粒子从高温区移向低温区,由于粒子导热系数大于水,温度梯度沿管径变化更平缓,使对流传热系数增大。     

圆形自由射流冲击曲面的换热特性

采用直接表面温度测量的方法对水喷射高温曲面的传热过程进行实验研究.通过实验得到了驻点区及附壁射流区的对流传热系数的分布情况,并且系统地研究了射流出口速度、喷嘴至加热面的间距等参数对对流传热系数的影响.结果表明,圆形射流冲击曲面的局部传热系数沿传热面随X/D的增大而逐渐减小,驻点处的传热系数最大并且随射流速度的增大而增大,但是当射流速度增大到一定值时,驻点的对流传热系数的增大比较缓慢.在射流速度较低的情况下,喷距对局部传热系数的影响较为显著.     

水平管道中LNG饱和流动沸腾两相传热

对水平LNG输送管道的LNG饱和流动沸腾传热现象进行数值研究。管道内部光滑,内径为8 mm。分别计算了管道入口压力从0.3到0.7 MPa、热流量范围为8~36 k W/m2、质量流量范围为49.2~201.8 kg/m2s。基于混合模型对所设计的几组工况进行数值计算。得出了蒸汽质量、入口压力、热流量和质量流量对传热热性的影响。结果表明:热流量显著影响着LNG的局部传热系数。随着热通量的增高,局部传热系数也变大。当质量流量较高时,局部传热系数受强制对流的影响较大。传热系数随着进口压力的增加而增大。当质量流量变高时,入口压力越大局部传热系数越低,随着进口压力的增大,进口压力对传热的影响在逐渐减弱。     

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。     

倾斜管内热进口段自然强制复合对流传热

用数值分析方法研究了倾斜管内热进口段自然强制同向复合对流传热 ,分析了浮力、倾斜角及轴向导热对流动和传热特性的影响 ,得到了速度、温度、壁面剪切应力、局部及平均Nusselt数的分布和变化 研究结果显示Pe=71时平均Nusselt数的最大值位于 2 5°～ 45°之间 ,Pe=2 5时则在 90°处出现 .     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明:从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu_(ST)越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu_(ST)影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

固定床传热中的参数估值传热参数中的床高效应

本文试验测定了固定床的传热数据,计算和分析表明,床高效应反映了加热段进口热边界层对传热参数的影响,不能通过在传热 模型中引入轴向导热项或采用抛物线型进口边界条件获得补偿;轴向导热项对拟合传热参数以及模拟床层内的温度场均无意义,因此拟均相模型应该采用ＰＦ模型的形式。要想到可靠的传热参数,必须通过不同床高下的传热 数据来获得传热参数的渐近值。     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

润滑油对超临界二氧化碳对流换热特性的影响

为了得到加热条件下润滑油对超临界二氧化碳换热特性的影响,利用Fluent软件建立CO_2/润滑油两相混合物流动传热模型,通过改变润滑油浓度、质量通量、热通量和压力进行换热特性分析。结果表明,润滑油的存在显著削弱超临界二氧化碳的对流换热过程,随着润滑油浓度的增加,对流换热进一步恶化。当油浓度小于1%时,不影响对流传热系数的变化趋势,当油浓度超过3%,温度高于二氧化碳拟临界温度时,传热恶化程度降低。热通量的增加使得对流换热进一步恶化,提高质量通量能有效改善对流换热恶化现象。二氧化碳在润滑油中的溶解度直接影响对流换热过程,提高运行压力可增加二氧化碳在润滑油中的溶解度以降低高润滑油浓度下的传热恶化程度。     

垂直上升管内超临界CO_2流动传热特性研究

在压力为7.5～21 MPa,热通量为50～413 kW·m~(-2),质量流速为519～1500 kg·m~(-2)·s~(-1)的实验参数范围内,对超临界CO_2在内径为10.0 mm的垂直上升管内的流动传热特性进行了均匀加热条件实验研究。分析了热通量、压力和浮升力对圆管内传热特性的影响规律。实验结果表明:随着热通量的增加,传热出现恶化现象,并且随着热通量的增加壁温峰值点向入口段移动。传热恶化发生在流体温度小于拟临界温度而壁面温度大于拟临界温度附近。增大压力时由于物性的变化趋于平缓,传热恶化被抑制。当传热恶化发生时,浮升力对传热恶化有明显的影响。基于实验数据,综合考虑物性变化和浮升力对传热的影响,建立了新的超临界二氧化碳传热关联式,在实验工况范围内,预测值与实验值的平均偏差和标准差分别为1.2%和16.29%。     

印刷电路板式换热器内超临界甲烷流动换热特性模拟

印刷电路板式换热器（printed circuit heat exchanger,PCHE）作为一种新型高效微通道换热器,将其应用在LNG浮式储存与气化装置（FSRU）上具有非常大的潜力。对超临界甲烷在PCHE通道中的流动和传热特性进行了数值模拟,结果表明：传热系数随温度先增大后减小,并在准临界温度（202～212 K）处达到峰值;压降随温度先保持不变,然后在准临界温度附近急剧上升,之后随温度增大的趋势变缓;当温度在准临界温度附近时,低质流密度下增大热通量会恶化传热;不同压力下传热系数均在准临界温度处达到峰值;温度低于准临界温度时,压力对压降的影响可以忽略,温度高于准临界温度时,压降随压力增大而显著降低;压力由6.4M Pa提高到8.5 MPa时,传热最大降低32.5%,压降最大降低28.5%;开发的换热和压降关联式平均误差分别为5.6%和4.2%。     

恒壁温时污垢对管内对流换热过程热力学性能影响的分析

基于热力学第一、二定律 ,在恒壁温工况下分析了污垢对管内对流换热过程热力学性能的影响 ;提出了反映污垢对管内对流换热过程热力学性能影响的指标———单位传热量的熵增率 ;讨论了管内流体Reynolds数(无污垢时 )和量纲为 1的入口换热温差等参数对单位传热量熵增率的影响 .研究结果表明 ,该指标不仅能反映污垢对管内传热过程的影响 ,而且能反映污垢对管内流动过程的影响 ,而由污垢层导热所引起的熵产在管内传热过程总的熵产中占有重要的地位     

半周加热横纹管内熔盐强化传热特性

半周加热太阳能吸热器管给管内对流传热系数带来影响,基于此,建立半周加热横纹管内熔盐对流传热的实验台和数值计算模型,分析横纹管槽宽、槽深对管内熔盐传热性能的影响规律,结果表明：从横纹管绝热侧到加热侧,周向管内壁温度逐渐升高,周向管内局部Nusselt数先减小后缓慢增大至稳定。横纹管凹槽处轴向管内壁温度明显低于平滑段,凹槽处轴向管内局部Nu较大,凹槽后与平滑段交界处管内局部Nu最小。横纹管槽越宽,加热侧轴向管内局部Nu越小,管内平均Nu越小,传热综合性能评价因子PEC越大。横纹管槽越深,轴向管内局部Nu越大,管内平均Nu越大,传热强化倍数Nu/Nu _ST越大。槽宽对横纹管PEC的影响比槽深明显,槽深对横纹管内Nu/Nu _ST影响比槽宽大。通过线性拟合得到半周加热横纹管内熔盐传热Nu的关联式,其计算Nu与模拟值最大偏差在±7%以内。     

柱形流化床传热特性的数值模拟

对Shedid等搭建的圆柱体流化床采用欧拉?欧拉法进行三维数值模拟,考察了颗粒球形度、表观进气速度和床料初始堆积高度对流化床内垂直加热壁面与流动床料之间对流传热特性的影响,采用有效导热系数分别计算气相和固相的对流传热系数。结果表明,随表观进气速度增大,流化床内颗粒物料湍流运动加剧,加热壁面平均温度和流体平均温度下降,壁面流体间传热平均温度差减小,壁面流体间对流传热系数增大;随初始床料高度增加,流化床内颗粒与加热壁面的接触面积增大,导致固相平均对流传热系数增大。     

连续螺旋折流板换热器流动与传热性能及熵产分析

采用数值模拟的方法,研究了螺旋角对连续螺旋折流板换热器流动与传热性能的影响,并以熵产数为指标对换热器性能进行了基于热力学第二定律的分析评价。结果表明,相同质量流量时壳程传热系数和压降均随螺旋角的增大而降低,且后者降低的幅度大于前者。连续螺旋折流板换热器壳程横截面上切向速度分布较弓形折流板换热器更加均匀。在靠近中心假管的内层区域,同一径向位置的轴向速度随螺旋角的增大而降低,而在靠近壳体壁面的外层区域则相反。螺旋角越大,不同径向位置的换热管间的换热量分布均匀性越好。壳程质量流量相等时,换热器中传热引起的熵产占总熵产的比重随着螺旋角的增大而增加,熵产数随着螺旋角的增大而降低。