乳化碳氢燃料与碳氢燃料传热特性实验对比研究

在压力为3 MPa,质量流量为2. 6 g/s,出口流体温度加热至900 K的条件下,实验研究超临界压力下,对比含水量分别为20%和30%的乳化碳氢燃料与碳氢燃料的传热特性。实验结果表明:超临界压力下乳化碳氢燃料比碳氢燃料的热沉更大、热流密度更大、定压比热容更大、换热能力更强。故乳化碳氢燃料的传热特性更好,更适用于作为发动机再生冷却的冷却剂。     

超临界和超超临界汽轮机汽缸传热系数的研究

提出了汽轮机汽缸传热系数的计算方法。介绍了超，临界和超超临界压力汽轮机汽缸光滑内表面和安装镶片式汽封表面的对流换热表面传热系数的计算公式，安装整体车制式汽封的汽缸内表面、安装静叶的汽缸内表面和安装隔板的汽缸内表面的传热过程总传热系数的计算方法。采用圆筒壁与肋片传热等简化模型来计算汽封块、静叶和隔板的传热过程总传热系数。给出了某型号超，临界600MW汽轮机高压内缸内表面传热系数的计算结果。该方法考虑了不同运行工况下汽缸不同部位的传热过程，在超临界和超超临界压力汽轮机汽缸的温度场与热应力场的有限元法数值计算和寿命评定中，为确定传热边界条件提供了依据。     

超临界压力下直流蒸发器环形肋片管传热特性研究

超临界压力下,提出了余热锅炉直流蒸发器采用环形肋片管结构。采用回路划分法建立数学模型,计算直流蒸发器的传热系数,分析温度分布特性,并进行传热恶化判断。研究结果表明:随着工质焓值增加,直流蒸发器蒸汽侧传热系数先增大后减小,烟气侧传热系数不受影响,但烟气侧在换热系数中占主导地位;近拟临界焓值区,当工质温度高于拟临界温度,传热强化开始消失,内壁温度急剧增加;远离拟临界焓值区,处于低焓值区超临界水的换热强于高焓值区超临界汽;直流蒸发器管内工质均不发生传热恶化,同时在拟临界焓值区,存在传热强化。     

超临界压力下乳化碳氢燃料换热特性实验研究

为研究乳化碳氢燃料在矩形通道内的换热特性,在压力为3 MPa,质量流量为2.6 g/s,出口流体温度分别为450、500、550、600和650℃,乳化碳氢燃料含水质量分数分别为10%、20%、30%和50%的实验条件下,进行了实验研究,分析了乳化碳氢燃料的含水质量分数与出口流体温度对燃料在矩形通道内的热沉、热流密度与对流换热系数的影响,并与纯碳氢燃料作对比。研究表明:燃料在通道内热沉与热流密度均随含水质量分数与出口流体温度的增加而增加;纯碳氢燃料在通道内的对流换热系数沿轴向逐渐增加;乳化碳氢燃料在通道内会发生传热恶化,第一次传热恶化点随出口流体温度的增加向通道入口方向移动;含水质量分数越高,第一次传热恶化发生越早,第二次传热恶化发生越晚。     

粗糙圆管内超临界航空煤油湍流换热特性分析

给出了国产航空煤油RP-3的三组分热物性替代燃料模型。采用k-ε湍流模型结合增强壁面处理的方法对超临界压力下航空煤油RP-3在圆形粗糙冷却通道中的流动与换热过程进行数值研究。分析了粗糙元形状、高度以及间高比等因素对其超临界流动和传热特性的影响规律,探究了人为粗糙度强化超临界航空煤油换热的机理。结果表明,人为设置粗糙元能使壁面附近产生局部回流区和旋涡结构,强化煤油与受热壁面间的对流换热。通过合理布置粗糙元结构,能大幅降低圆形冷却通道的壁面温度,有效抑制航空煤油的超临界传热恶化现象的发生。     

超临界CO2/R41混合工质在螺旋槽管内冷却流动传热特性的数值研究

为降低超临界CO₂的工作压力并强化传热,在恒热流冷却工况下对螺旋槽管内超临界状态下CO₂和CO₂/R41混合工质的流动传热过程进行了数值模拟,分析了热流密度、质量流速和倾斜角度等因素对流动传热过程的影响。结果表明：相较于超临界CO₂,超临界CO₂/R41混合工质在临界压力差更大的情况下,其最大传热系数提高了7.7%,且传热系数衰减幅度更小;螺旋槽管在高温区的传热系数相较于低温区有明显提升,且热流密度越大,传热系数越大;受浮升力影响,倾斜角度小于0°时传热系数较大,倾斜角度在45°～90°时会发生传热恶化,且倾斜角度为-45°～45°时凹槽处会形成涡旋。     

超临界CO_2在内凸管内对流传热强化试验研究

以超临界CO_2为工质,试验研究其在内凸管内的对流传热特性,并与相同工况下的光滑管试验作对比,由此获取内凸管结构对超临界CO_2传热过程的强化效果。试验参数范围:系统压力7.6～8.4 MPa、质量流速400～700 kg/(m~2·s)、热流密度100～200 kW/m~2、流体温度18～64℃和雷诺数1.2×10~4～4.9×10~4。对比了相同工况下内凸管与光滑管换热过程的努赛尔数及阻力系数,并采用综合性能指标PEC来定量评价内凸管传热强化效果。结果显示,内凸管结构能以较小的阻力代价获取较高的传热系数增幅,其综合性能指标PEC为1.24～1.52,表明内凸管能有效强化超临界CO_2的对流传热。根据试验数据,拟合了适用于该文内凸管的传热关联式,预测误差小于±10%。     

高效宽负荷率超超临界锅炉垂直管圈水冷壁在低质量流速下的传热特性

在压力p=21~29.8 MPa、质量流速G=600~1 100kg/(m~2·s)、热负荷q=330~793kW/m~2工况范围内,对低质量流速优化内螺纹管的传热特性进行了实验研究,并根据实验数据得到了近临界压力区和超临界压力区的传热实验关联式.结果表明:在近临界压力区,亚临界部分的传热特性好于超临界部分的传热特性,质量流速增大能推迟传热恶化,热负荷增大则使传热恶化提前发生,内螺纹管抑制膜态沸腾(DNB)的能力有所减弱;在超临界压力区,压力越低,大比热容区内强化传热作用越显著,在其他条件一定时,超临界水的热物性变化对管内传热的作用由质量流速和热负荷共同决定;质量流速不变,继续增大热负荷,大比热容区内的传热将由强化转变为恶化.     

大功率汽轮机凝汽器汽相流动与传热特性的数值分析

介绍凝汽器汽相流场与传热特性的数值计算方法及算例分析。该计算方法采用多孔介质模型，以分布阻力和分布质量汇分别模拟冷却管束区的蒸汽流动阻力和凝结效应，利用控制容积积分法及解压力耦合方程的半隐式方法数值求解控制方程组，得出汽相速度、温度、压力、空气浓度、传热系数及热负荷等重要参数的分布。经试验研究表明，该方法能较好地预测凝汽器的工作特性以及管束布置对汽相流场和传热特性的影响。图９参８。     

亚/超临界压力下碳氢燃料液滴的燃烧特性

建立了一个适用于超临界压力下包括能够正确描述跨临界迁移现象的液滴燃烧模型,提出了跨临界迁移时刻液滴表面处燃料质量流束有限的新观点.利用开发的计算模型,以碳氢燃料液滴自燃着火为研究对象,研究了亚临界和超临界压力下单液滴的燃烧特性,并从传热传质过程出发,阐明了跨临界迁移前、后液滴燃烧过程的热质输运机理及物理控制因素.结果表明:在亚临界压力下,液滴燃烧不会发生跨临界迁移现象,燃烧过程始终受燃料在液滴表面处相变的控制,液滴的燃烧速度取决于传热过程,并且液滴温度受该压力下燃料沸点的限制而增长缓慢.而在超临界压力下,液滴着火之后很快发生跨临界迁移现象,此后燃料向燃烧反应区域的扩散不存在相变,液滴的燃烧速度取决于传质过程,并且液滴温度不再受燃料沸点的限制而持续升高.     

超临界碳氢燃料对流换热特性解析

选用10组分模型替代碳氢燃料,对其在临界点附近的物理特性进行详细分析描述。根据超临界碳氢燃料热物性变化及其在管道内的对流换热特征,基于边界层理论,建立其在换热管中对流换热边界层分析模型和微分方程式,采用理论分析方法给出多项式和正弦速度分布式下常物性和变物性时的温度分布函数表达式。给出的计算公式为超燃冲压发动机的冷却计算提供指导。     

Deterioration in heat transfer of endothermal hydrocarbon fuel

Numerical studies under supercritical pressure are carried out to study the heat transfer characteristics in a single-root coolant channel of the active regenerative cooling system of the scramjet engine, using actual physical properties of pentane. The relationships between wall temperature and inlet temperature, mass flow rate, wall heat flux, inlet pressure, as well as center stream temperature are obtained. The results suggest that the heat transfer deterioration occurs when the fuel temperature approaches the pseudo-critical temperature, and the wall temperature increases rapidly and heat transfer coefficient decreases sharply. The decrease of wall heat flux, as well as the increase of mass flow rate and inlet pressure makes the starting point of the heat transfer deterioration and the peak point of the wall temperature move backward. The wall temperature increment induced by heat transfer deterioration decreases, which could reduce the severity of the heat transfer deterioration. The relational expression of the heat transfer deterioration critical heat flux derives from the relationship of the mass flow rate and the inlet pressure.     

矩形冷却通道内超临界RP-3航空煤油对流传热数值研究

对超临界压力下RP-3航空煤油在内截面宽为4mm、高为4mm、固体壁面厚为1mm、加热段长度为500mm的水平矩形冷却通道内的对流传热特性进行了数值模拟研究。分析了通道内速度场的分布规律,讨论了热流密度、压力、进口温度对传热的影响。计算结果表明:当主流温度处于拟临界温度附近时,流体物性参数变化剧烈,导致传热系数降低,传热出现恶化。在超临界压力下,较低的热流密度、增大压力、降低进口流体温度或提高质量流速均有利于改善冷却通道内的传热性能。     

超临界压力下航空煤油在竖直管内的传热研究

对竖直上升管内超临界压力下航空煤油的传热特性进行了实验研究。分析了不同质量流量、热流密度、压力和进口温度对超临界压力下航空煤油传热特性的影响。实验结果表明,提高质量流量或进口温度均使煤油传热效果变好。而热流密度对流体传热的影响主要在于改变了流体和壁面温度,热流密度越大,传热系数越高。压力对煤油传热影响不大,一般情况下,提高压力会恶化传热。超临界状态下,煤油物性变化很大,因此对煤油的传输和热力学性质的准确计算是研究超临界压力下传热现象的关键。利用拓展的对比态法来计算煤油的密度和传输特性,如黏度、热导率等。给出了煤油在超临界压力下的传热关联式,其计算值和实验值吻合良好。     

定位格架对超临界水冷堆堆芯换热的影响

在压力为25 MPa、质量流速800kg/(m~2·s)、热流密度600kW/(m2·K)的条件下,对超临界水冷堆堆芯(燃料棒直径D=8.0mm,节径比P/D=1.2)类三角形子通道内超临界水的换热特性进行研究。用结构化的六面体网格以及计算流体动力学软件ANSYS CFX对堆芯的换热情况进行了模拟。以无定位格架子通道为基准,对比阻流片型定位格架对通道内流体换热的作用。结果表明,在超临界压力下阻流片型定位格架能够明显增强换热,降低最高包壳温度。另外,不同焓值区定位格架对换热的影响存在差异。     

锯齿形细通道内乙醇流动沸腾特性研究

采用数值模拟的方法对通道宽度为2mm的竖直布置的锯齿形细通道内乙醇流动沸腾及传热特性展开研究.通过UDF编程的方法对相界面的传热传质过程进行控制,重点考察了气泡的生长特性及其对系统压差和换热系数的影响.结果表明:锯齿形细通道内起始汽化核心均位于内侧突起点附近,且在漂移区和泡底微层共同作用下,该区域工质平均流速高达主流流速的5 ～ 10倍,使得该处的气泡生长速度最快,换热增强.系统压差随加热时间呈上升趋势,并在一定范围内震荡.传热系数随干度增大而下降,并将模拟结果与实验数据进行了对比分析,阐述了流型和通道几何结构对于传热系数的影响.     

Experimental Investigation of Transient Heat Transferin the Once-Through Boiler Water Separator

INTRODUCTI0NWaterseparat0risanimportantthickwallc0mpo-nentof600MWsupercriticalpressureboiler.Itsmainfunctionist0ensurethattheevap0rator,superheater,reheaterandeconomizert0becooledfullyandoper-atesafelyduringstart-up.Itisfittedatthe0utletofevaPorator.Whentheb0ilerloadislessthan35%MCR(boilermaJximumc0ntinuousevaporation),sub-cooledwaterorwatersteammixturefromtheevap-orator0fupperc0mbustioncharnberenterstangen-tiallyinthewaterseparator.Thesteam,separatedbycentrifugalforceandgravity,flowsi…     

CFD modeling of heat transfer of CO2 at supercritical pressures flowing vertically in porous tubes

Computational fluid dynamics (CFD) tool has been used for investigation of convective heat transfer of CO₂ in two porous tubes. Effects of some important parameters such as pressure, inlet temperature, mass flow rate, wall heat flux and porosity on temperature distribution and local heat transfer coefficients have been studied numerically. Near the supercritical conditions, these parameters are very effective on temperature gradient and local heat transfer coefficients. For example at p = 9.5 MPa, under the same conditions, the heat transfer coefficient in a tube with particle diameters of 0.1–0.12 mm is about 20–30% higher than when the particle diameter of 0.2–0.28 mm were used. The heat transfer coefficient increases with decreasing pressure and increasing mass flow rate. Also the porosity of the bed has the important role on the heat transfer. The CFD predictions have been compared to the experimental data and showed pretty good agreement.     

近临界及超临界压力区垂直光管和内螺纹管传热特性的试验研究

阐述了眚上升布置的内螺纹管和光管在近临界及超临界压力区的传热牧场 生的试验结果。在近临界压力区。随着压力向临界压力造近,光管的传热特性变差,传热恶化的临界干度下降得很厉害,甚至在过冷区就会发生壁温飞升;内螺纹管在近临界压力区可以消除传热恶化,但是随着靠近临界压力其抑制传热恶化的能力下降。传热恶化后的光管和内螺纹管的最小传热系数分别在压力为21．0MPa和22．0MPa。超过临界压力后,光管和内螺纹管的传热特性得到改善,内螺纹管在高焓值区可以降低壁温。     

Heat transfer characteristics during subcooled flow boiling of a kerosene kind hydrocarbon fuel in a 1 mm diameter channel

The subcooled flow boiling heat transfer characteristics of a kerosene kind hydrocarbon fuel were investigated in an electrically heated horizontal tube with an inner diameter of 1.0 mm, in the range of heat flux: 20–1500 kW/m², fluid temperature: 25–400 °C, mass flux: 1260–2160 kg/m² s, and pressure: 0.25–2.5 MPa. It was proposed that nucleate boiling heat transfer mechanism is dominant, as the heat transfer performance is dependent on heat flux imposed on the channel, rather than the fuel flow rate. It was found that the wall temperatures along the test section kept constant during the fully developed subcooled boiling (FDSB) of the non-azeotropic hydrocarbon fuel. After the onset of nucleate boiling, the temperature differences between inner wall and bulk fluid begin to decrease with the increase of heat flux. Experimental results show that the complicated boiling heat transfer behavior of hydrocarbon fuel is profoundly affected by the pressure and heat flux, especially by fuel subcooling. A correlation of heat transfer coefficients varying with heat fluxes and fuel subcooling was curve fitted. Excellent agreement is obtained between the predicted values and the experimental data.