卧式螺旋管内R134a沸腾两相传热特性实验研究

在蒸发温度为5～15℃,热流密度范围为5～20kW·m-2,工质质量流速变化范围为100～400 kgm-2s-1和干度范围为0.1～0.8的条件下,采用低电压、大电流的直流电源直接电加热的方法,对R134a在卧式螺旋管内的沸腾两相流传热特性进行了实验研究.结果表明,传热系数随工质干度和质量流速的增加而显著增加;热流密度对传热系数的影响也比较明显,传热系数随着热流密度的增加而增加,干度较小时热流密度对传热系数的影响更为明显;系统压力的变化对传热系数的影响较小.通过对实验数据的非线性回归分析,发展了R134a卧式螺旋管内流动沸腾局部传热系数的计算关联式.     

微尺度通道内气液两相流型可视化研究

建立微尺度通道流动沸腾换热试验台,采用高速摄像仪对水平微尺度单管（内径0．8mm）内低沸点制冷工质（R32／R134a（25％／75％））气液两相流动特性进行可视化观察研究分析,获得了流型照片。在各种质量流量和进口干度下对工质在微尺度管内的两相流流动特性进行了试验,观察到了各种工况下流型的转化特点,对流型的影响因素进行分析。试验工况为：质量流量G=760～10360kg／（m2．s1,进口干度x=0．01～0．77。实验结果表明：在较高的质量流量工况下,工质在微尺度单通道内的流型比较单一,主要呈气状流／雾状间隔流动。在进口质量干度较低的情况下,也会出现比较明显的环状流,但液膜总处于波动状态,有不稳定现象。无论什么工况,均没有出现像常规通道内的分层流动现象。·     

CO_2在立式螺旋管内流动沸腾换热的实验研究

在管内径9.0 mm、壁厚1.5 mm、螺旋管绕径283.0 mm的立式螺旋管内,对CO2流动沸腾换热特性进行实验研究。分析热流密度(q=1.4~48.0 kW/m2)、质量流速(G=54.0~400.0 kg/(m2·s))和运行压力(pin=5.6~7.0 MPa)对内壁温分布和换热特性的影响规律。结果表明:螺旋管内壁温周向分布不均匀,单相液体以及过热蒸汽区离心力的作用使内侧母线温度最高、外侧母线温度最低,在两相沸腾区蒸汽受到浮升力作用聚集在管上部而容易发生蒸干,因此上母线温度最高,温度最低值则由离心力和浮升力的相对大小共同决定。局部平均换热系数随热流密度以及进口压力的增加而显著增加,但增大质量流速对换热系数的影响不大,表明核态沸腾是CO2在螺旋管内流动沸腾的主要传热模式而强制对流效应较弱;发现了随着热流密度增加所引起的核态沸腾强度变化以及干涸和再润湿使得换热系数随干度的变化可分成3个区域。并基于实验获得的2 124个数据点拟合两相区沸腾换热关联式。     

顺列管束间气液两相流型及压降特性研究

采用高速摄像仪研究矩形通道内气液两相流体垂直向上横掠节距比P/D为1.3和1.8的顺列水平管束的流型,拍摄到泡状流、间歇流和雾状流3种典型流型。采用气液折算速度绘制了流型图,发现在低折算液速和折算气速下与前人研究较一致。对比分析了2种管束间不同流型的压降,结果表明:2种管束的泡状流压降最大,间歇流次之,雾状流最小。含气率a在0.15~0.67范围内,P/D=1.8管束的压降大于P/D=1.3管束的压降。含气率a小于0.15和大于0.67时,大节距比管束的压降反而小于小节距比管束的压降。对压差波动信号的功率谱特征进行分析的结果表明,利用压差时域信号的功率谱特性可以鉴别流型。     

蒸发冷却汽轮发电机中两相流型的过渡准则

蒸发冷却汽轮发电机中的关键问题是线棒温度分布和两相压降的预测，而准确的流型判断准则是解决这些问题的前提。为了得到适用蒸发冷却汽轮发电机定子绕组内冷条件下的两相流型过渡准则，文中针对汽轮机定子空心导线的结构特点，搭建起冷却介质R113的水平两相流实验台，在110~140 kPa、1.72~19.78 g/s的条件下，对流型的过渡进行了实验研究。实验结果与常用的流型过渡计算方法比较后，发现Taitel & Dukler方法和Weisman方法不适用于定子空心导线，误差很大，Barnea方法与实验条件相似，误差比较小。最后，在Taitel & Dukle和Barnea方法的基础上，分析了不同流型转换时的受力情况，并结合汽轮发电机定子绕组内冷的特点，简化了导线尺寸与介质物性的影响，得到适于汽轮发电机定子绕组蒸发内冷条件下的流型过渡准则。     

两台国产125MW机组中压内缺外下壁温下降的原因分析与处理

通过对新投产的两台125MW机组的运行分析，找出了降负荷工况中压内缸外下壁温下降的原因，采取了解决措施。保证了机组的运行安全，延长了汽轮机的寿命。     

引入烟气再循环的超临界二氧化碳燃煤锅炉冷却壁布置及壁温特性分析

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿（Brayton）动力循环由于高效、紧凑等特性被广泛关注。然而,对于大型（1 000 MW等级）S-CO₂燃煤电厂,较高的冷却壁入口温度以及较大的炉膛燃烧热流密度会导致冷却壁过热超温。对此,本文建立了锅侧燃烧/炉侧S-CO₂传热耦合模型用于冷却壁的热安全分析。通过冷却壁一维周向平均温度计算,提出了引入烟气再循环降低冷却壁温度的方法,并进一步提出了冷却壁分区顺逆流的优化布置。此外,考察了冷却壁三维温度分布,并进一步引入了螺旋冷却壁降低炉膛周向热点温度。结果表明,本文提出的优化方法可以有效降低冷却壁温度并消除局部热点,对大容量S-CO₂燃煤锅炉的工程设计具有指导意义。     

U形管内汽液两相流流型数值模拟及优化

为研究U形管内汽液两相流流型变化,使用多相流Mixture混合模型对其进行了数值模拟,分析U形管内流型及传热特性的变化。通过分析模拟结果,优化蒸发器结构,提高其换热性能及运行可靠性。     

水平管内气液两相泡状流的多尺度分形分析

为了探讨气液两相流泡状流的非线性、非均匀性和混沌特性机制,利用高速数据采集系统对水平管内气液两相流的压差波动信号进行测量.结合小波模极大值理论,对采集的压差波动信号用db2小波在1～9尺度下进行分解,再分别对分解的信号进行Hurst分析.通过对压差波动信号不同尺度下的细节信号和概貌信号研究,发现在不同尺度下表现出不同的分形结构,1、2尺度的细节信号只有一个明显的Hurst指数,且小于0.5,反映了微尺度的气泡与气泡之间的相互作用;3～7尺度的细节信号具有2个Hurst指数,分别小于0.5和大于0.5,表现为多分形特征,反映了介尺度的液体和气泡之间的相互作用;8、9尺度的细节信号也只有一个Hurst指数,且大于0.5,主要体现了宏尺度的整个气液两相系统与管壁之间的相互作用.各尺度的能量分布表明,压差波动信号主要体现了微尺度的气泡与气泡之间的相互作用.     

分离式热管倾斜蒸发段流动特性试验

采用加热石英玻璃管对倾斜布置的分离式管蒸发段进行了可视化试验,分析了倾角、充液量和热流密度对其流特性的影响;研究了不同工况产生不同流 机理,预测了各种流型中能对分离式热管的传热特性产生的影响。此研究结果可用于分离式热管换热器的工程设计和控制。     

平板热管微槽道传热面上纳米流体沸腾换热特性

针对高热流密度负荷下大功率电力电子设备散热冷却，该文以带有微槽道强化传热面的小型重力型平板热管蒸发器为研究对象，以水-氧化铜纳米颗粒组成的纳米流体为工质，在不同运行压力和不同纳米流体浓度下对平板热管蒸发器的沸腾换热特性以及临界热通量(CHF)进行了实验研究。结果表明：压力对平板热管蒸发器的沸腾换热特性和CHF有强烈影响，沸腾换热系数和CHF随压力降低而大幅度增加。纳米流体浓度对沸腾换热系数和CHF也有重要影响，在低浓度时，沸腾换热系数和CHF随浓度增加而缓慢增加。但是在浓度超过1.0%时，浓度对CHF 的影响基本消失，换热特性反而恶化。研究证明，以水-氧化铜纳米颗粒组成的纳米流体可以明显地强化重力型热管蒸发器换热 特性。     

管束间气液两相过渡流型及其压力波动特性

采用高速摄像技术对矩形通道内气液两相流体垂直向上横掠2种节距比顺列管束的过渡流型及压差信号进行实验研究,在泡状流流动过程中拍摄到了S形泡状流。分析了各种流型转变的机制,基于实验数据绘制了流型界限图。对比分析了2种管束间不同过渡流型的压差波动信号,发现从泡状流到间歇流再到雾状流压差信号呈减小趋势。2种管束的压差信号波动幅值不同,节距比大的压差信号波动幅值大。实验发现气液两相折算速度对压差信号的波动有明显影响。     

单回路脉动热管温度振荡特性实验研究

通过对单回路紫铜-水脉动热管壁温振荡特性的实验研究,揭示传热功率、充液率和管径对热管启振及传热性能的影响。实验采用风冷却方式和定热流加热,测试稳定运行时加热段和冷却段外壁温的波动特性曲线,得到温度振荡与热管传热功率之间的的内在关系;同时研究了充液率和管径对管壁温振荡特性的影响。结果显示,随加热功率的增加,管壁温振荡呈现四种状态,无振荡、启振、大幅振荡和小幅均匀振荡;频率呈现由小到大和高位稳定振荡的特点。充液率和管径对热管的启振功率、振幅和频率都有影响;中间管径和中间充液率热管的启振功率最小;管内径越小,充液率越大,热管的温度振幅越大;中间管径、中间充液率的热管的平均振荡频率最大,而大管径、小充液率管子的平均振荡频率最小。当传热功率达到一定值时,振荡转变为小幅均匀振荡,充液率和管内径对热管振幅和频率的影响变小。     

基于图像处理的管束间气液两相含气率的实验研究

将数字图像处理方法应用到管束间气液两相流动含气率的检测并研究其分布特性.采用高速摄影仪,拍摄管束间气液两相流动的流型图像,利用图像处理技术对流型图像进行灰度增强、二值化、边缘检测等处理,然后计算出两相流动不同时刻的含气率.实验结果表明,该方法能够满足测量要求,可以用于管束间两相流动参数的检测.将2种管束的含气率值与模型预测结果比较,发现Feenstra模型和Dowlati 模型能较好地预测含气率.比较管束不同方向的含气率分布特性,发现壁面位置含气率低,管束中心含气率高.     

微矩形管道内气液两相流动的研究和应用

气液两相流技术是蒸发冷却电机冷却系统设计的关键问题,本文围绕电机空心导线内气液两相流动的研究展开论述,从经验模型和唯象模型两个角度叙述了近年来微矩形管道内气液两相流动取得的进展及存在的问题,并提出了新的研究方向.介绍了蒸发冷却电机在中国的发展现状和未来展望.