超临界压力CO_2在垂直管内对流换热准则关联式

对垂直圆管(d=2 mm)内的超临界压力CO2,在压力为7.8~9.5 MPa、进口温度为25~40℃、进口雷诺数Re为3×103～2×104,向上流动和向下流动时的对流换热实验研究结果进行了分析。在无浮升力影响和浮升力影响较大两种情况下,将实验结果与已有的准则关联式进行了比较,发现两者偏差较大。因此,在基于实验结果的基础上,提出了新的预测超临界流体换热的准则关联式。     

管道倾斜角度对超临界CO2管内换热特性的影响

在恒热流加热工况下,对超临界CO₂在不同倾角的微细圆管内混合对流换热进行了数值模拟。采用FLUENT软件分析了不同倾角时管内截面温度、轴向速度、二次流、上母线传热系数、周向壁面温度和Nu_w的变化规律,并引入相对二次流动能定量表示二次流强度。研究发现：倾斜管内顶部流体温度高于底部,周向Nu_w在底部高于顶部,速度分布不是中心对称且其峰值出现在管中心轴线下侧;浮升力引发的二次流先增大后减小,且在靠近入口处达到峰值;倾斜管内上母线温度高于下母线,上母线传热系数在拟临界温度附近达到峰值。通过水平管中浮升力判据,得到了浮升力对对流换热的影响规律。     

管内超临界二氧化碳强迫对流传热浮升力效应数值研究

基于实验数据对管内超临界二氧化碳强迫对流传热中浮升力效应进行了数值研究。研究表明:较低质量流速和较高热流密度工况下,浮升力作用明显,进而引起流道径向和轴向速度重新分布,浮升力较强时甚至出现径向M形速度分布;当M形速度分布对应的零速度梯度点出现在粘性底层边缘时会明显弱化湍流的生成和扩散,引起传热恶化。基于实验工况的拓展计算表明:降低壁面热流密度、增大质量流速以及提高入口温度可以不同程度地缓解浮升力效应引起的传热恶化。     

10 mm垂直单管通道内超临界水传热弱化现象的实验与数值分析

超临界压力下的流体因拟临界点附近物性的剧烈变化,形成了非常奇特的传热现象。因流体密度突变,在低流量下会引起强烈的浮升力作用,对超临界流体的流动和传热均有极大影响。本工作通过实验获得10 mm单管内传热弱化现象的实验数据,并采用改进的低雷诺数湍流模型,使用数值方法模拟该传热弱化现象。计算结果表明,不同于以往传统的模型会高估壁面温度,改进的低雷诺数湍流模型能较好预测实验结果。数值模拟结果还揭示了浮升力对湍流剪切应力和速度分布的影响,进而引起传热弱化和传热恢复。     

低雷诺数条件下超临界压力CO_2换热实验研究

在低雷诺数条件下(Rein=1970和750),对超临界压力CO2在垂直圆管(d=2 mm)内向上流动和向下流动时的对流换热进行了实验研究。实验结果表明:当Rein=1970时,在热流密度较高的情况下,在管子的入口处向上流动会出现局部壁面温度峰值和谷值,而在向下流动时未观察到此类似现象;当Rein=750时,向上、向下流动壁面温度的变化趋势和换热规律类似。     

高雷诺数条件下超临界压力CO2在垂直圆管内换热特性的实验研究

对超临界压力CO2在高雷诺数条件下的垂直圆管(d＝2 mm)内向上流动时的换热特性进行了实验研究,分析了热流密度、质量流量、进口温度、压力、浮升力和热加速等因素对壁温和换热的影响.实验结果表明:热流密度比较高的情况下,向上流动时会出现局部换热恶化现象;质量流量的提高会消除或推迟换热恶化的发生;不同的进口温度对换热能力有很大的影响;压力的提高会降低换热恶化的程度.     

竖直圆管内跨临界压力区水对流传热数值模拟研究

应用CFD方法对跨临界压力区竖直圆管内水的对流传热进行了数值模拟研究。通过与实验结果比较,分析了浮升力因素的影响机理。研究结果表明,采用浮升力修正的k-ε两方程湍流模型可准确预测跨临界压力区正常对流传热现象。当流体温度达到拟临界点,尽管该模型可预测传热恶化现象,但与实验数据偏差较大,在水热物性及数值模型等方面有待进行更深入研究。     

强浮升力作用下超临界流体对流换热的湍流模型研究

针对湍流模型中浮升力相关项的模型进行了比较分析,在此基础上进行了一系列修正;最后,分别使用修正的模型和传统模型计算了超临界压力下的对流传热,并将计算结果与实验数据进行了比较.结果表明,修正的湍流模型能比较准确地模拟浮升力项,从而使计算得到的壁温与实验数据、DNS数据符合较好;而传统模型计算得到的壁温比实验数据、DNS数...     

超临界水在垂直管内换热及流动不稳定性研究

清华大学核能与新能源技术研究院在建的250 MWt高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)中蒸汽发生器二回路为亚临界水,由于反应堆能提供750℃的高温氦气,二回路水可提高到超临界压力和温度,采用多堆带一机方案可与超临界蒸汽透平机组匹配,因此研究超临界水在管内的流动、传热以及流动不稳定现象非常重要。本文通过使用RNGk-ε模型耦合强化壁面函数,发现模拟结果与Yamagata等的实验数据符合较好。基于此模型,分析了超临界流体流动时换热系数的变化规律,并采用瞬态计算方法,线性增大加热功率,分析了流动不稳定现象,发现流体一旦进入不稳定区,进出口流量的波动非常严重,甚至出现倒流,应尽可能避免此类现象。     

垂直管内含不可凝气体蒸汽的冷凝换热MELCOR数值模拟

采用MELCOR程序建模,对垂直管内含有空气的冷凝传热过程进行模拟计算,并将数值模拟结果与Kuhn的实验进行比较。结果表明,MELCOR模拟结果基本与实验结果基本吻合,验证了MELCOR模型的合理性。但是,MELCOR模拟蒸汽传质和液膜累积过程偏大,使得总换热系数偏大。通过对MELCOR模型参数进行修正,调整后计算得到的液膜厚度和换热系数比调整前减小,且结果与实验吻合得很好。     

竖直圆管通道内超临界水传热实验及数值模拟研究

为了对超临界水冷堆概念设计参数范围内超临界水的传热特性有进一步的了解,通过实验和数值模拟的方法对竖直上升圆管通道内超临界水的传热特性开展了研究,用实验数据对现有传热关系式和CFD计算模型进行了评估。通过实验数据与现有经验关系式的对比,发现现有大多数超临界传热关系式能够对本实验的壁温进行预测。使用实验数据对CFD模型进行了评估,结果表明在本实验参数条件下SST模型和RNG k-ε 模型的计算壁温与实验数据趋势基本一致。     

非均匀加热条件下超临界压力水在垂直管中的传热特性

对超临界压力水在非均匀加热的垂直上升管中的传热特性进行了试验研究.试验参数范围:p＝23～30 MPa,质量流速G＝600～1 200 kg/(m2·s),内壁平均热负荷q＝200～600 kW/m2.试验结果表明:对于周向非均匀加热情况,热负荷及传热系数的周向分布的不均匀性随雷诺数的增加而减小;同一截面上可以同时存在传热恶化和传热强化现象,传热恶化是由局部的峰值热负荷引起的;不均匀加热的垂直上升管内的平均传热系数可以采用均匀加热条件下的公式在相应的平均热负荷下进行计算;非均匀受热管传热恶化后,加热侧中点的壁温升高比相应热负荷下的均匀加热管的低.     

超临界压力下竖直圆管内不同流体的传热特性

为了深入认识超临界压力下不同流体传热中的共性反映出的传热机理及物性导致的特性差异,以水和氟利昂R134a为工质分别在SWAMUP回路和SMOTH回路上开展了竖直圆管内上升流传热试验。在正常传热、传热强化、小质量流速时浮升力导致传热恶化和大质量流速时加速效应导致传热恶化的工况中,氟利昂和水的换热系数（HTC）随无量纲温度表现出一致的变化规律。浮升力无量纲数_πB增大,换热系数与经典关系式计算值之比减小;加速效应无量纲数_πA较小时,换热系数比随_πA的增大而增大,达到峰值后换热系数比随_πA的增大而减小。_πB对超临界水试验数据的相关性更佳,而_πA对超临界氟利昂试验数据的相关性更好。无量纲数表征的超临界压力下传热规律的高度相似性初步验证了以模化流体氟利昂R134a研究超临界水传热特性是合理可行的。     

超临界流体管内对流换热模化分析

在超临界流体管内对流换热数据库的基础上,对近年来针对超临界流体管内换热的不同模化方法进行分析,提出了修正的Cheng等模化准则,并进行实验数据验证。结果表明：采用周强泰的传热关系式中的指数,并取平均性质的普朗特数后,得到的修正的Cheng等模化准则精度更高,不同超临界流体间传热的模化符合较好。     

超临界CO2在螺旋管中的流动换热特性研究

超临界蒸发器应用到核电中,可大幅提高机组的热效率。超临界压力流体的热物性在准临界温度附近变化非常剧烈,会对其流动和换热产生很大的影响。研究超临界压力流体在螺旋管内的流动和换热规律,有利于对超临界螺旋管蒸发器的设计。本文采用RNG k-ε和SST k-ω模型对超临界CO₂在螺旋管中的流动换热情况进行了数值模拟,发现SST k-ω模型模拟结果与实验结果符合得更好。基于此模型,分析了不同进口质量流速及不同热流密度对管壁温和换热系数的影响,发现随着质量流速的减小、热流密度的增加,峰值向远离h_pc的一侧偏移。最后讨论并分析了周向壁温和换热系数的分布情况,发现壁温在φ＝315°处最高,需在实验操作或实际运行中加以监控,以保障螺旋管蒸发器的安全运行。