基于流型的小直径圆管内流动凝结换热机理

通过流型的可视化观察和传热实验 ,探讨不同管径下小直径圆管内流动凝结过程中流型的演化规律以及不同流型的凝结换热特性 .分析表明 ,随着管径的减小 ,以凝结液沿管壁周向均匀分布为主的环状流型在流型图上的面积增加 ,相应地换热温差对凝结换热数Nu的影响降低 .本研究深化了对小尺度下凝结换热机理的认识 ,为推动相关技术的进一步发展提供了理论依据     

蒸汽在扁平管内逆流流动凝结实验与理论分析

针对火电机组直接空冷凝汽器扁平管内蒸汽凝结换热过程,设计并搭建了水冷扁平管内可视化流动凝结实验台,开展管内凝结换热研究。建立涵盖壁面薄液膜和圆弧段液池的流动凝结分析模型,得到凝结液膜发展相关方程。特别对于壁面液膜双曲型发展方程,考虑其对流特征和物理守恒特性,提出共轭梯度法-牛顿法-模拟退火相结合的稳态求解算法,避免传统非稳态方法的复杂性。可视化实验结果表明,管内汽液两相分层流动,扁平管圆弧底部形成了液池。对应的理论分析结果更加细致地表明,管内凝结换热为分层流型,液池液膜厚度为1 mm量级,壁面液膜相比液池液膜薄很多,因而具有较高的凝结传热系数。分析结果为判断冬季低温环境运行时管内冻结起始位置提供了依据。     

内壁填充环状金属泡沫的管内流动凝结换热

通过采用在圆管内壁填充环状金属泡沫的方法强化管内对流凝结换热,实验研究了制冷剂R134a在内壁填充环状金属泡沫管内的流动凝结的压降和换热,克服了完全填充金属泡沫管流动阻力大的缺点。用于计算传热系数的管壁温度通过热电偶测量得到。综合分析了质量流速和两相流体干度对流动凝结压降及传热系数的影响。研究结果表明内壁填充环状金属泡沫管压降远大于光管,压降随质量流速和干度的增加而迅速增大且呈非线性。通过壁面温度分布和温度波动对内壁填充环状金属泡沫管内的两相流型进行判别,发现影响该类强化管凝结换热的两种主要流型：分层流和环状流。内壁填充环状金属泡沫管的凝结传热系数大于光管,且随着质量流速和干度的增加传热系数增大,该类强化管流动凝结传热系数是光管的2倍左右。     

非共沸混合工质管内流动凝结换热系数的分析与计算

对非共沸混合工质R32 /R134a的管内流动凝结局部换热系数进行了理论分析和计算 .计算表明 ,非共沸混合工质的管内流动凝结换热系数总是低于具有等同物性的纯工质的换热系数 ,其换热系数下降的程度不仅受浓度的影响 ,还受干度的影响 .对混合工质R32 /R134a而言 ,换热系数的极小值出现在R32质量分数为10 %～ 30 %的区域内     

自然工质R290管内凝结换热特性的数值模拟

对现有的管内凝结传热系数关联式分析比较,选择出合适的自然工质R290管内凝结换热计算模型,并计算得到R290管内凝结过程两相流动的流型图。通过计算并与实验值比较得到,相同工况下,预测与实验的R290凝结传热系数值相差不大。R290的凝结传热系数较R22的凝结传热系数大,并随着蒸气干度的增加差值加大,R290表现出良好的凝结换热特性。     

窄缝环形管内流动与传热实验研究Ⅰ.单相强制流动换热

对垂直窄缝 (窄缝尺寸规格分 1、1 5和 2 5mm 3种 )环形管内氟 1 1 3单相受迫对流换热进行了研究 ,环缝的加热方式采用热水逆流双面加热。详细介绍了实验装置、过程和方法。实验结果表明 ,窄缝环形管内单相流动换热的Nu数与普通圆管内层流公式计算值相差较大 ,不能套用传统的单相流动换热模型来计算管内的对流换热系数。根据实验数据 ,将修正的Dittus Boelter公式用于计算窄缝环形管内的Nu数 ,平均误差在 1 8 6%以内。     

电极直径对EHD强化垂直管内凝结换热的影响

基于EHD强化管内凝结换热的理论分析,对5根直径不同的电极进行了垂直管内EHD强化凝结换热实验研究.结果表明,相同工况条件下,电极直径越大液膜相对减薄率越大,液膜减薄的起始电压越小.液膜相对减薄率随着电压的增加而增加.同时发现,液膜相对减薄率大并不意味着强化系数大.     

水平微翅管内环状流两相强制对流蒸发换热的计算模型

对水平微翅管内的环状流流动和换热特性进行了分析.考虑微翅管内环状流液膜中的扰动和二次流的作用,借用粗糙管速度分布和摩擦相似函数建立了水平微翅管内环状流两相强制对流蒸发换热系数的预测模型.理论计算值与实验数据相比较,结果较令人满意.     

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。     

水平螺旋扁管内载气汽油蒸气的凝结换热

采用实验的方法,研究了空气质量含量在2%～13%范围内,汽油蒸气在水平螺旋扁管内的凝结换热,并与同样条件下水平光管内的凝结换热进行了对比分析。实验结果表明,随着不凝气体质量含量的增加,螺旋扁管内的凝结换热减弱,在相同条件下,螺旋扁管的平均换热系数高于光管。同时,提出了水平螺旋扁管内凝结换热的实验关联式。     

在新型水平三维内微肋管中R134a的凝结传热

以R1 34a为工质 ,对一种新型水平三维内微肋管内凝结传热性能进行了实验 .实验管件为外径 1 6mm ,内径 1 2mm的铜管 ,实验工况范围为 :质量通量 1 2 5～ 2 85kg·m- 2 ·s- 1 ;进口压力 0 .51～ 0 .77MPa ;蒸汽干度0 .1 4～ 1 .将实验得到的局部传热系数与相同工况下Shah的水平光滑管内凝结传热关系式的预测值进行了比较 ,结果在本实验质量通量范围内 ,该三维内微肋管的局部凝结传热系数 (x =0 .6时 )是光管的 1 .7～ 3倍 ,平均强化比为 2 .2 .     

R404A在水平内螺纹管中的冷凝传热研究

经过实验与理论对比,研究了R404A在外径9.52 mm内螺纹管内局部平均冷凝换热系数。采用Cavallini纯工质与混合工质关联式分别计算的冷凝换热系数,最大偏差不到4%。在工程计算R404A内螺纹管内冷凝换热系数时,可将其以纯质来对待。分析比较Cavallini,Yu-Koyama和Kaushink-Azer关联式,各自的理论预测值和实验结果相比,表明Cavallini关联式的预测精度最高,其标准偏差为7.76%。因此Cavallini关联式对于R404A在管内的冷凝换热预测有较好的适用性。研究结果对R404A冷凝器的工程设计及其优化具有一定的参考意义。     

MODELING OF HEAT TRANSFER OF UPWARD ANNULAR FLOW IN VERTICAL TUBES

This article presents the modeling of heat transfer of upward annular flow in a smooth tube and a spirally internally ribbed tube. First, analytical models of two-phase flow dynamics and heat transfer of annular flow in flow boiling were derived from the liquid film momentum and energy equations for smooth tubes. Combined with empirical correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, modeling of heat transfer of upward annular flow in the smooth tube was conducted. The predicted heat transfer coefficients of annular flow agree with the experimental results very well for the smooth tube. Based on the heat transfer model for smooth tubes, a simplified annular flow heat transfer model for the spirally internally ribbed tube was proposed by modifying the interfacial friction factor. The predicted heat transfer coefficients by the modified heat transfer model for the spirally internally ribbed tube agree with the experimental results to some extent. It is suggested that the heat transfer model for the spirally ribbed tube be further improved by modifying the correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, which should describe the feature of annular flow in the spirally internally ribbed tube. Extensive experimental data are needed for this purpose.     

MODELING OF HEAT TRANSFER OF UPWARD ANNULAR FLOW IN VERTICAL TUBES

This article presents the modeling of heat transfer of upward annular flow in a smooth tube and a spirally internally ribbed tube. First, analytical models of two-phase flow dynamics and heat transfer of annular flow in flow boiling were derived from the liquid film momentum and energy equations for smooth tubes. Combined with empirical correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, modeling of heat transfer of upward annular flow in the smooth tube was conducted. The predicted heat transfer coefficients of annular flow agree with the experimental results very well for the smooth tube. Based on the heat transfer model for smooth tubes, a simplified annular flow heat transfer model for the spirally internally ribbed tube was proposed by modifying the interfacial friction factor. The predicted heat transfer coefficients by the modified heat transfer model for the spirally internally ribbed tube agree with the experimental results to some extent. It is suggested that the heat transfer model for the spirally ribbed tube be further improved by modifying the correlations for liquid droplet entrainment and deposition rates in annular flow, which should describe the feature of annular flow in the spirally internally ribbed tube. Extensive experimental data are needed for this purpose.     

重力对垂直相分离冷凝管内流型调控的影响

随着重力的降低,冷凝换热性能急剧恶化,特别在微重力条件下,流型与传热极不协同,所需的冷凝长度要比地面常规重力情况大一个数量级。基于非能动相分离概念的适用于不同重力条件的新型相分离冷凝管,促进了流型与传热的协同,极大强化了冷凝换热。在地面常规重力、小重力和微重力情况下,数值研究了新型冷凝管内垂直上升的空气-水两相流型的调控过程。通过研究得出:在三种不同重力条件下,均呈现“气在壁面,液在中心”的全新分布模式,特别是在微重力情况下,环隙区域内完全被气体占据,液体完全在核心区域内流动;重力越小,调控后液膜厚度减小幅度越大,特别在微重力条件下,减薄到1/32;重力越小,调控后薄液膜主导的冷凝换热量提高幅度越大,特别在微重力条件下,调控后提高到57.4倍,极大地强化了冷凝换热。总体来说,重力越小,流型调控过程越有利于强化冷凝换热。     

相分离概念调控水平管分层流流型

冷凝传热广泛存在于各种冷凝器中,传统冷凝管内厚液膜将蒸汽与冷壁面隔开,是恶化冷凝传热的根本原因。提出采用非能动相分离概念,在冷凝管内设置柱状金属丝网,管壁与丝网之间形成环形间隙。液体在表面张力作用下被捕获到丝网内,气相在环隙内流动,使气液相分布与传热协同。为验证这一新颖学术思想,开展空气-水两相流实验,获得相分离概念调控水平管内分层流实验结果。发现当水平管内具有一定液位高度时,全部液体被捕获到网内流动,管壁完全被气相覆盖,实现“气托液”模式。水平管内液位较低时,部分液体被捕获至丝网内,气相与管壁接触面积增大。按以上相分离方法对分层流的调控,在发生冷凝传热时,预期可实现高强度冷凝传热。     

V型导液槽对HFC245fa水平管束外冷凝换热影响

试验研究了HFC245fa在水平光管与强化管管束外的冷凝换热特性,提出在管束中加装V型导液槽来消除管束效应的方法,并通过试验研究了V型导液槽对管束冷凝换热特性的影响。试验管束由4列排深为5排的列管构成,带导液槽管束的前4排管下方加装了两段长度为450 mm的导液槽;试验换热管公称外径为19.05 mm、换热长度为1000 mm。试验中,以Wilson描点法获得强化换热管水侧对流传热系数,以对比试验方法研究了V型导液槽对水平管束外冷凝换热性能的影响。结果表明：传统的管束效应模型仅在较小的热通量范围适用;凝液在管间的迁移形态与流态随管上作用凝液量的系列变化是导致管束效应变化的主要因素;加装导液槽可有效控制凝液在管间的迁移,控制管束效应;加装导液槽使光管单管冷凝传热能力下降10%左右,使光管管束总体换热能力提升4.5%相似文献