钠液面高度对氩气空间耦合传热特性影响的实验研究

锥顶盖作为快堆主容器重要的压力边界之一,其结构的完整性对快堆的安全运行至关重要。锥顶盖结构完整性与其温度载荷密切相关,而温度载荷受氩气空间自然对流与辐射耦合传热特性影响显著,有必要开展深入研究。基于钠液面上部氩气空间传热特性实验台架,开展了氩气空间传热特性实验研究,测量了锥顶盖、氩气空间和主泵支承的温度分布,阐明钠液面高度对传热特性的影响。实验结果表明,随着钠液面高度的增加,锥顶盖和氩气空间的温度随之升高,而且在高钠温时现象更加明显。此外,钠液面高度对主泵支承的温度分布和周向温差影响微弱。通过开展氩气空间钠液面高度对传热规律的影响研究,可为建立实验装置与原型反应堆之间的温度映射关系提供参考。

管翅式相变储热系统结构/热源条件强化传热数值模拟研究

基于焓法的凝固/熔化模型,在考虑自然对流的情况下,建立管壳式相变换热器的熔化模型,并研究管翅片布局和热边界条件对相变材料瞬态熔化行为的影响机理。针对均匀的管翅片布局和恒定壁温热边界条件,设计一种具有方形波动热源的偏心结构,并对两者之间的强化传热规律进行比较和分析。结果表明,偏心布局可使相同传热面积中热传递盲区的熔化得到改善,而方形波动热源可增强前熔化阶段中央区域的自然对流;能量存储参数对比表明,相比原始结构,偏心布局结构或方形波动热源的熔化时间分别缩短12.5%和6.25%,而同时优化热源和结构的熔化时间缩短31.25%。方形波动热源和偏心结构能显著提高换热器的熔化速率。

微小通道内超临界R134a流动传热特性

超临界有机朗肯循环(supercritical organic Rankine cycle,SORC)是回收中低品位能源较理想的新型动力循环技术之一,而超临界有机工质的传热特性严重影响了系统能效,目前已成为制约有机朗肯循环技术向前发展的瓶颈。基于此,本文实验研究了超临界R134a在2mm微小通道内的流动传热特性,参数范围为:热流密度60~120kW/(m^(2)·s),质量流速800~3000kg/(m^(2)·s),压力4.1~5.1MPa,工质进口温度20~100℃,探讨了热流密度、质量流速、压力、流体焓值等参数对传热特性的影响规律。结果表明,传热系数随流体温度的升高先增加后减小,随质量流速的增加而增加,随着热流密度和压力的增加而减小。流体焓值在拟临界值附近出现压降平缓区。根据实验数据拟合得到了微通道内R134a的传热关联式,该关联式预测误差均在±10%之内,具有良好的预测精度。

浸润性温敏自调控表面近壁沸腾传热机制

一、研究背景海洋能源的开发对全球能源战略至关重要。船用反应堆和浮动式核电站作为关键技术,其设计和运行面临复杂的汽-液相态行为。在海洋环境中,两相传热设备受风、浪等影响,产生倾斜和摇摆等典型运动,这些运动改变加热壁面附近的气泡聚集核扩散行为,进而影响换热系统的传热效率和安全性[1]。在气泡聚集区域,由于气泡底部出现干斑或液膜破裂,发生沸腾危机;在气泡扩散区域,冷却剂处于单相或过冷沸腾状态,传热效率(Heat Transfer Coefficient,HTC)低于饱和沸腾。因此,提高船用反应堆和浮动式核电站两相传热系统的HTC和安全性是当前研究的重点[2]。

加装螺旋导流板的双层铜管换热器传热性能分析

为提高螺旋铜管(SCT)换热器的综合传热性能,通过在换热器内加装螺旋形导流板,采用双向流固耦合计算方法,分析了不同入口流速和导流板安装位置下对换热器内部双层SCT的振动和传热性能的影响。数值结果表明:双层SCT换热器外层SCT的振动强度明显高于内层;无振动时内层SCT的传热系数高于外层,有振动时外层SCT的传热系数高于内层;随着入口流速增加,内外层SCT的振幅均增大,传热系数提高;导流板的安装位置会直接影响SCT的振动和传热特性,且在SCT呈现最大振动强度和最佳传热性能时的安装位置并不相同;对比振动强化传热参数Q PEC和综合传热性能因子R JF发现,双层SCT换热器的Q PEC和R JF均高于单层,两螺旋导流板分别安装在换热器的左、下位置时,Q PEC最大,安装在换热器的左、上位置时,R JF最大且比安装在左、下位置时最高增大了7.99%。该研究可为高性能SCT换热器的设计提供理论和数据支撑。

流动方向对超临界二氧化碳流动传热特性的影响

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO_(2))在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾理论来处理sCO_(2)在两管中的流动和传热,将超临界流体视为多相结构,包括近壁区的类气层和管芯中的类液流体.结果发现,传热方面,在正常传热模式下垂直向上管内壁温和水平管底母线内壁温基本一致.当垂直向上管发生传热恶化时,垂直向上管的壁温峰值会随着超临界沸腾数(SBO)的增大超过对应焓值位置的水平管顶母线内壁温.垂直向上管中SBO区分了正常传热和传热恶化.而在水平管中,当弗劳得数小于100时,SBO主导顶底壁面最大壁温差.相比于垂直向上管,相同压力下的超临界流体在水平管内发生传热恶化需要更高的热流密度和质量流量的比值.流动方面,引起垂直向上管压降斜率增高的机理是孔口收缩效应.主导水平管压降变化的机理是分层效应,并用弗劳得数在水平管中顶底壁温差异与压降之间建立联系.

管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨

由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍流工况,开发出相应的数值方法。基于该方法的程序代码易于理解,且计算结果表明该方法具有预测精度高、收敛速度快的优点。本文的工作可以为计算流体力学、数值传热学及热工计算等系列课程的本科教学提供参考。

基于传热阻力的超临界CO_(2)-Xe混合工质对流换热特性数值分析

超临界CO_(2)-Xe混合工质在新型超临界布雷顿循环发电系统中具有潜在应用前景,然而其传热行为并未受到广泛关注。该文通过数值方法探究超临界CO_(2)-Xe混合工质在内径8 mm垂直圆管内的换热特性,并讨论氙气(Xe)质量分数、热流密度和质量流速对传热的影响规律。根据超临界流体跨越类临界温度Tpc发生类相变的观点,将圆管内流体域划分为两层结构,即近壁类气膜和核心类液区,两层结构过渡于Tpc。基于类气膜和类液区引起的传热阻力及二者对传热影响的相对重要性阐述CO_(2)-Xe混合工质传热机理。结果表明:类气膜的热阻显著高于类液相,是控制对流换热系数及传热恶化发生的决定性因素;ω(Xe)越大,相同运行参数下CO_(2)-Xe混合工质热阻越大,换热能力越差。研究结果对超临界CO_(2)-Xe混合工质换热器设计具有一定指导意义。

相温子库传热优化及柠檬贮藏效果

为研究子库传热面积、材料、对流风速和厚度对子库传热的影响,以及优化子库传热对柠檬保鲜效果的影响。通过增大子库传热面积、提高对流风速等方法,确定子库传热的主要影响因素,并对其进行优化试验和对柠檬进行贮藏效果研究。结果表明:子库传热面积对子库传热影响最为显著,其次为子库对流风速;柠檬贮藏效果研究结果表明,相温贮藏相较于普通冷藏能明显抑制柠檬果皮变黄和失重现象,并减缓维生素C、总可溶性固形物等营养物质的流失,优化子库传热后能进一步提升相温贮藏效果。

双碳背景下能源动力类课程教学中虚拟仿真技术的应用——以“传热学”为例

以双碳背景下的“传热学”教学为基础,基于有限差分方法,利用C++语言开发了“传热学”虚拟教学平台。学生可通过该平台对二维稳态传热问题进行模拟,并可通过改变模型尺寸、物性及边界条件来直观地分析其对导热问题的影响。除此之外,该平台的优势在于用户可自己编写部分边界条件,对此平台进行局部修改,从而增加了此虚拟教学平台的灵活性。与此同时,用户在自编程时,可增强对数值传热学及边界条件等问题的进一步深层次理解,从而达到教学目的。

汽轮机蒸汽管道与阀门及汽缸外缸外表面传热系数的计算模型和计算方法

构建了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀与汽缸外缸的外表面传热系数计算模型与计算方法。给出了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀、高压外缸、中压外缸与低压外缸的内表面传热系数以及保温结构外表面与低压外缸外表面的复合传热系数计算公式。建立了汽轮机蒸汽管道、高压外缸与中压外缸的金属内层壁与保温结构外层壁的双层圆筒壁、主汽调节阀金属内层壁与保温结构外层壁的双层球壁以及低压外缸单层圆筒壁的传热过程计算模型。考虑到金属内层壁内表面温度与外表面温度和保温结构外层壁外表面温度均为待定温度,采用迭代法确定这些汽轮机部件的表面温度、传热过程的传热系数与热流密度。完成了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀、高压外缸、中压外缸与低压外缸的外表面传热系数计算分析的应用实例,得出了这些汽轮机部件传热过程金属内层壁外表面的传热系数、热流密度与等效表面传热系数的计算结果,为这些汽轮机部件温度场与应力场的有限元数值计算提供了传热边界条件。

干式装配式墙体非均匀性传热规律

干式连接的装配式建筑因连接缝的存在会造成接缝与墙体间的传热不均,对墙体传热及建筑能耗产生重要影响。分析了干式装配外墙的非均匀传热特征,提出外墙内表面的累计温差比T′来评价墙体的传热非均匀性,确定了干式装配墙体传热的非均匀判定准则。提出用热桥影响区域等效传热系数K′_(T)来评价接缝非均匀传热影响区域,分析了非均匀性传热对建筑采暖能耗的影响。结果表明,装配式墙体在接缝两侧的温度波动较大,且墙体构造越复杂波动越显著。干式装配墙体接缝的非均匀影响区域明显大于传统砖混建筑。T′越大墙体传热越不均,建筑采暖能耗越大。接缝宽每增加5 mm导致的墙体传热不均使得建筑能耗变化约为3%~4%,含空气层的预制墙体变化尤为大,约为3.2%~6.7%。

线上线下双模式教育的应用——以机械电子工程专业必修课《热力学与传热学基础》为例

后疫情时代,为适应教学要求,逐渐衍生出线上线下双模式的教学方式。本文以机械电子工程专业的必修课《热力学与传热学基础》为例介绍了线上线下双模式教育在教学中的应用。首先介绍了《热力学与传热学基础》这门专业必修课的主要授课内容、学习目标和考核标准,其次以理想气体基本热力学过程的p-v图和T-s图为例,说明了双模式教育的应用为教学带来的好处。

发热包传热效果及其对冻干鱼肉复水品质的影响

【目的】探究发热包传热影响因素及其对冻干鱼肉复水品质的影响,为罗非鱼自热产品开发与推广提供参考。【方法】研究热源质量(70、80、90和120 g)、激活剂用量(发热包质量的2.0倍、2.5倍、3.0倍和3.5倍)、内胆材质[聚丙烯(PP)和铝]和环境温度(6、17和25℃)对发热包传热效果的影响,分析自热过程鱼肉复水品质的变化。【结果】随热源质量增加,传热效果显著提高(P <0.05),持续保温效果增强;激活剂用量为发热包质量的3.0~3.5倍时,传热效果较好。热源放热量、吸热量与热源质量、环境温度呈正相关。发热包质量为90 g,激活剂用量为发热包质量的3.0倍时,25℃条件下反应初期水合反应剧烈,反应使发热包体积胀大2倍以上,释放大量热能,促进干制鱼肉快速复热复水。内胆材质对产品传热影响差异不显著(P> 0.05)。10~15 min鱼块内部基本复水,鱼肉中心温度达到90℃以上,复水后鱼肉硬度约为70 g,弹性和咀嚼性影响不显著。【结论】热源质量高于90 g,激活剂用量3.0~3.5倍,铝和PP材质,6℃以上的环境温度均可满足发热要求,此条件下,10~15 min复热时间冻干鱼肉品质较好,符合自热产品速食需求。

湿工况下带翼翅片管传热传质特性的数值研究

采用壁面反应原理建立冷凝传热模型,模拟研究平直翅片管、矩形翼翅片管以及弓形翼翅片管的通道内湿空气流动及传热传质特性。结果表明:当湿空气入口温度为328 K,水蒸气质量分数为11.2%时,矩形翼翅片管和弓形翼翅片管的传热因子相比于平直翅片管分别提高了24.9%—35.7%、26.7%—36.4%,传质因子分别提高了24.1%—35.4%、25.9%—38.3%,但矩形翼翅片管和弓形翼翅片管通道内工质的流动阻力系数分别增加了19.4%—25.3%、16.8%—22.9%,说明了矩形翼和弓形翼均可提高翅片管的传热传质特性,但也造成了阻力损失的增加。通过对综合传热性能评价因子的分析,矩形翼翅片管和弓形翼翅片管的综合传热性能评价因子值均>1,其综合传热性能均优于平直翅片管,且弓形翼翅片管综合传热性能最优。

旋流条件下螺旋弹性铜管振动强化传热性能分析

为了充分利用流体诱导螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube,HECT)振动增强传热,以获得更高综合传热性能的HECT换热器装置,基于安装正向螺旋引流板的螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube-forward spiral baffle,HECT-FSB)换热器和逆向螺旋引流板的螺旋弹性铜管(helical elastic copper tube-reverse spiral baffle,HECT-RSB)换热器,采用双向-流固耦合法,研究了旋流条件下入口流速(U_(in))对HECT振动强化传热性能的影响。研究表明:U_(in)在计算范围内增加,HECT的振幅增大、传热系数提高,HECT换热器的进出口压降增大、PEC(performance evaluation criteria)值减小;HECT-RSB换热器的HECT振幅和传热系数、进出口压降明显高于HECT-FSB换热器。HECT-FSB换热器的PEC值高于HECT-RSB换热器,振动强化传热性能更佳,当U_(in)=0.3 m/s时,PEC值高出了9.00%。HECT-RSB换热器的综合传热性能因子JF值最大,综合传热性能最佳,与已发表文献中的换热器相比,U_(in)在计算范围内综合传热性能因子JF值平均提升了2.7%。该研究可为HECT换热器装置综合性能的提升提供技术支撑。

铁棍山药片热风干燥过程中传热传质规律

[目的]探明热风干燥过程中铁棍山药片的传质情况,以及干燥空间和山药片的传热情况。[方法]选用7种薄层干燥数学模型对山药片热风干燥曲线进行拟合,找出最适传质动力学模型;测定不同温度下山药的导热系数和比热容,在此基础上利用ANSYS软件模拟热风干燥过程中干燥空间温度场变化和山药片温度变化。[结果]Modified Page模型能准确预测不同热风温度条件下山药片的水分变化情况(R2为0.998 96~0.999 86)。热风干燥过程中干燥室空间温度总体呈水平面上距进出风口近处温度高,远处温度稍低,竖直面上呈上高下低的状态,但温差均不大。热风干燥过程中山药片中心处温度最低,外表面温度最高,内外层温差逐渐缩小,前期温度变化较快而后期缓慢,实测值与模拟值间的温差最大达7.75℃,最小仅为0.07℃,说明模拟结果准确度较高。[结论]Modified Page模型和ANSYS软件能够准确模拟热风干燥过程中山药片的传热传质。

燃氢燃机高温高湿透平耦合传热和冷却特性

分析了燃氢燃机透平在导热/对流/辐射耦合作用下的流动传热和冷却特性,发展了能够计算高H_(2)O与CO_(2)分压比的灰气体加权和(WSGG)模型。结果表明:燃氢燃机工质中水蒸气含量增大导致金属壁面温度升高;加入辐射的影响后,H_(2)O和CO_(2)含量对传热的影响呈相反的结果,这主要是由于CO_(2)的对流传热能力强于H_(2)O,而H_(2)O的辐射能力强于CO_(2);在对流、导热、辐射3种传热方式都存在的燃氢透平冷却耦合系统中,气膜冷却的速度场几乎不受影响,而温度场则深受耦合及辐射的影响,所定义的耦合条件下气膜冷却效率能够表征燃氢条件下气膜的冷却性能,因此在燃氢燃机透平冷却的设计中,燃氢导致的热负荷恶化需纳入设计变量中。

电子设备外壁自然散热综合传热系数仿真研究

采用Boussinesq假设对计算流体动力学中的自然对流传热行为进行研究,考察了电子设备外壁自然对流过程的传热特性。通过分析水平、竖直壁面和圆柱、球体曲面的自然对流过程,建立了自然对流传热系数公式。同时,研究了电子设备在工作环境下的辐射传热行为,简化了辐射传热方程,获得辐射传热系数公式。在此基础上,整合对流传热系数公式和辐射传热系数公式,获得和壁面温度相关的综合传热系数公式,该公式可以快速计算电子设备外壁与环境之间的传热量,为电子设备的热管理设计提供更为便捷和有效的研究手段。

航天器用界面导热填料应用状态接触传热系数分析

为解决航天器用RKTL-DRZ-2型导热脂及RKTL-DRNJ-1型导热凝胶2种新开发导热填料无实际应用状态下接触传热系数数据的问题,采用试验方法对其接触传热系数进行研究,得到在航天器上设备典型尺寸及不同固定螺钉分布情况下的接触传热系数。试验结果表明:在相同安装状态下,与目前常用的RKTL-DRZ-1型导热脂相比,RKTL-DRZ-2型导热脂对界面接触传热性能改善效果较好,RKTL-DRNJ-1型导热凝胶较差。此外,获取了保证导热填料填充效果的实施经验,并给出了导热填料的选用建议。试验分析结论可应用于选用导热填料时的航天器热设计及热控实施。