微通道内超临界氮气三维热流场实验与数值模拟

利用实验与数值模拟相结合的方法研究了超临界氮气(SCN_(2))三维热流场特性,在用实验数据验证数值方法可靠性基础上,分析了压力(3.6~7 MPa)和质量流速[800~1200 kg/(m^(2)·s)]对SCN_(2)对流传热特性的影响,揭示了微通道圆管不同圆周方向上SCN_(2)热流场规律。结果表明:在低压力和高质量流速下,同一轴向位置处,径向内壁温最大值出现在圆管90°处;质量流速越大,内壁温最大值和对流传热系数最小值由圆管180°向90°处发生了转移;当浮升力系数Gr^(*)/Re^(2)>1时,浮升力有利于强化圆管底部区域流体传热能力;基于获得的数据,提出了一个新的适合预测微通道圆管内SCN_(2)对流传热特性的无量纲换热关联式,预测误差小于20%。研究结果为微通道换热器优化设计提供了参考。

180°弯管内超临界甲烷非均匀对流传热特性

为了揭示超临界甲烷(S-CH_(4))热交换器的传热机理,针对180°弯管内S-CH_(4)非均匀对流传热特性进行了研究。在验证数值方法可靠性基础上,获得了S-CH_(4)热物性场纵向和径向分布以及迪恩涡变化规律,并对比了弯管和直管换热能力。研究结果表明:受离心力、重力和弯管连续曲率共同影响,弯管纵向截面上S-CH_(4)热物性参数呈现明显的分界线且“非同心圆”分布;弯管内迪恩涡核心位置靠近于内壁;同时,迪恩涡有助于强化S-CH_(4)传热能力,局部弯管传热系数最大值位于内壁附近;当质量通量分别为300 kg/m^(2)·s和600 kg/m^(2)·s时,相比于直管,弯管传热系数增幅分别为18.8%和23.5%。研究结果为S-CH_(4)热交换器优化设计和应用提供了参考依据。