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变截面半圆通道内超临界二氧化碳热工水力性能研究
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作者 彭斌 孙振豪 +2 位作者 朱兵国 施佳宝 张朋成 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期43-52,共10页
建立了不同半圆通道的数学和物理模型,并通过与实验数据的比较,验证了所建立模型的准确性。研究了超临界二氧化碳(S-CO_(2))在等截面半圆通道、渐扩型和渐缩型通道内的热工水力换热性能,并分析了不同通道和压力对S-CO_(2)在变截面半圆... 建立了不同半圆通道的数学和物理模型,并通过与实验数据的比较,验证了所建立模型的准确性。研究了超临界二氧化碳(S-CO_(2))在等截面半圆通道、渐扩型和渐缩型通道内的热工水力换热性能,并分析了不同通道和压力对S-CO_(2)在变截面半圆通道内的热工水力性能的影响。结果表明:相较于均匀截面半圆通道,渐扩型通道恶化传热,渐缩型通道强化传热;入口和出口半径比为1.0:0.5的渐缩型半圆通道的总体换热系数最大提升了39.93%,流动传热综合性能评价因子PEC最大为1.346;当压力越靠近临界压力或热通量较低时,传热性能越高。最后,从场协同性和湍动能分布的角度解释了渐缩型变截面通道强化传热的原因。研究结果可为S-CO_(2)循环系统冷却器的设计与优化提供新的思路和理论指导。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 渐扩型通道 渐缩型通道 传热强化 湍流 场协同
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微小型压缩空气储能系统用涡旋压缩机流动特性研究 被引量:1
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作者 杨小亮 孙健 +3 位作者 董辉 朱兵国 巨静斋 彭斌 《机床与液压》 北大核心 2024年第1期145-151,共7页
以空气为工质,基于计算流体动力学方法,对无油空气涡旋压缩机在变工况运行条件下进行了三维非稳态数值模拟。研究发现:动静涡旋齿之间存在的径向间隙,会使得压缩机工作腔内温度、流速和压力的分布不规律;增大转速,不但可以增加涡旋压缩... 以空气为工质,基于计算流体动力学方法,对无油空气涡旋压缩机在变工况运行条件下进行了三维非稳态数值模拟。研究发现:动静涡旋齿之间存在的径向间隙,会使得压缩机工作腔内温度、流速和压力的分布不规律;增大转速,不但可以增加涡旋压缩机的质量流量,而且还可以减小切向泄漏量,进而提高压缩机的工作效率;排气压力过大,会降低涡旋压缩机的基本输出性能;在低转速下,过高的排气压力会使得压缩机排气口出现“净回流”现象。 展开更多
关键词 微小型压缩空气储能系统 涡旋压缩机 数值模拟 计算流体动力学 变工况
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垂直管内高质量流速超临界CO_(2)换热特性
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作者 朱兵国 巩楷刚 彭斌 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期937-947,共11页
利用已有的流动传热实验数据,对不同湍流模型预测超临界CO_(2)(S-CO_(2))传热能力进行了评价及选取,确定了SST k-ω湍流模型为最优模型。分析了入口温度、热流密度、质量流速、浮升力和流动加速效应对内径为10mm的垂直加热管内S-CO_(2)... 利用已有的流动传热实验数据,对不同湍流模型预测超临界CO_(2)(S-CO_(2))传热能力进行了评价及选取,确定了SST k-ω湍流模型为最优模型。分析了入口温度、热流密度、质量流速、浮升力和流动加速效应对内径为10mm的垂直加热管内S-CO_(2)的对流传热特性的影响。结果表明:在一些工况条件下Bu<10^(-5)、Bu^(*)<5.6×10^(-7)和K_(v)<3×10^(-6)并不满足,表明浮升力和流动加速度效应并不能解释高质量流速下的数值模拟结果。基于超临界类沸腾理论,建立了垂直加热管内S-CO_(2)类沸腾传热模型,并阐述了S-CO_(2)传热恶化现象,径向方向上S-CO_(2)热物性和湍流的详细分布表明超临界传热受类气膜的厚度、类气膜的热性质和近壁区湍流动能的影响很大,成功解释了SCO_(2)在高质量流速下的传热机理。最后引入超临界沸腾数SBO,提出了适用高质量流速的传热关联式。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 高质量流速 传热 关联式 数值计算
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太阳能热发电中超临界压力CO_(2)在渐扩变截面圆管内冷却传热强化机理 被引量:1
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作者 何吉祥 朱兵国 +1 位作者 彭斌 党兴武 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期249-256,共8页
采用SST k-ω湍流模型对冷却条件下超临界压力CO_(2)(S-CO_(2))在等截面圆管、水平渐扩管以及不同倾斜角的渐扩管内的传热特性进行数值模拟。模拟结果表明,在相同换热面积下,相比较于等截面圆管,水平渐扩管的总传热系数提高了32.33%,30&... 采用SST k-ω湍流模型对冷却条件下超临界压力CO_(2)(S-CO_(2))在等截面圆管、水平渐扩管以及不同倾斜角的渐扩管内的传热特性进行数值模拟。模拟结果表明,在相同换热面积下,相比较于等截面圆管,水平渐扩管的总传热系数提高了32.33%,30°倾斜渐扩管提高了33.12%;水平渐扩管的压降降低了53.87%,30°渐扩管降低了9.86%。采用综合性能评价准则PEC,得到水平渐扩管的综合性能最优。基于S-CO_(2)在拟临界温度Tpc处发生“类相变”的假设,获得了类液膜厚度沿管长方向的分布规律,在同一截面处,30°渐扩管的类液膜厚度最小,等截面圆管的类液膜厚度最大,从超临界态类两相的角度解释了强化传热。 展开更多
关键词 太阳能热发电 超临界压力CO_(2) 数值模拟 布雷顿循环 传热强化 渐扩管
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冷却条件下渐扩/渐缩管内超临界压力二氧化碳的传热特性
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作者 朱兵国 何吉祥 +1 位作者 徐进良 彭斌 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期1062-1072,共11页
采用SSTk-ω湍流模型,数值计算了冷却条件下超临界压力二氧化碳(SCO_(2))在三种水平管(等截面管、渐扩管和渐缩管)内的传热特性,研究了不同运行参数(压力、质量流量及热通量)对传热性能的影响。结果表明,与等截面管相比,渐扩管有效地强... 采用SSTk-ω湍流模型,数值计算了冷却条件下超临界压力二氧化碳(SCO_(2))在三种水平管(等截面管、渐扩管和渐缩管)内的传热特性,研究了不同运行参数(压力、质量流量及热通量)对传热性能的影响。结果表明,与等截面管相比,渐扩管有效地强化了传热,采用渐扩管时,SCO_(2)的总传热系数最大提高了47.98%。然而,相比等截面管,渐缩管却削弱了传热。最后,从类冷凝和湍流场分布的角度阐明了传热强化的物理机理。为SCO_(2)冷却器的优化设计提供了新的思路和理论指导。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 渐扩/渐缩管 传热强化 类冷凝 湍流
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轴向非均匀热流条件下超临界二氧化碳垂直管内换热特性
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作者 朱兵国 巩楷刚 +2 位作者 杨小亮 彭斌 杨宝坤 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期45-51,共7页
针对超临界二氧化碳(S-CO_(2))燃煤锅炉冷却壁热边界条件的实际分布,采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,数值模拟研究了半周加热轴向非均匀热流作用下S-CO_(2)在垂直圆管内的传热特性,分析了不同热流分布、质量流速对换热性能以及圆管内壁... 针对超临界二氧化碳(S-CO_(2))燃煤锅炉冷却壁热边界条件的实际分布,采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,数值模拟研究了半周加热轴向非均匀热流作用下S-CO_(2)在垂直圆管内的传热特性,分析了不同热流分布、质量流速对换热性能以及圆管内壁温度分布的影响。研究结果表明:轴向非均匀热流分布对S-CO_(2)传热具有显著影响,在平均热流相同的条件下,相较于均匀热流分布,轴向非均匀热流分布下总传热系数最大提高了约8%;轴向非均匀热流分布对传热恶化有抑制作用,有效降低了壁温峰值点;非均匀热流条件下,S-CO_(2)传热主要受类气膜厚度、类气膜导热系数及近壁区定压比热容的影响较大。研究结果可为燃煤S-CO_(2)锅炉设计提供理论指导。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 数值模拟 半周加热 轴向非均匀热流
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超临界二氧化碳动力循环研究进展及展望 被引量:48
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作者 徐进良 刘超 +2 位作者 孙恩慧 朱兵国 谢剑 《热力发电》 CAS 北大核心 2020年第10期1-10,共10页
超临界二氧化碳(S-CO2)动力循环具有效率高、系统紧凑及灵活性高等优点,未来可取代或部分取代水蒸气朗肯循环,实现高效热功转换。本文从能量传递转换机理、关键部件研发以及系统设计等角度,总结了国内外研究进展。已有研究表明,目前已... 超临界二氧化碳(S-CO2)动力循环具有效率高、系统紧凑及灵活性高等优点,未来可取代或部分取代水蒸气朗肯循环,实现高效热功转换。本文从能量传递转换机理、关键部件研发以及系统设计等角度,总结了国内外研究进展。已有研究表明,目前已成功展示小型径流式透平S-CO2循环系统,但CO2泄漏等导致系统性能降低,大型轴流式透平系统可能不会出现小型系统类似问题。综述了我国在S-CO2循环方面的研究进展。围绕大型S-CO2燃煤发电系统能量传递转换机理及系统概念设计,提出了锅炉模块化设计,将锅炉压降降低到与水蒸气锅炉相当甚至更低的水平;提出了顶/底复合循环,彻底解决了锅炉烟气热量全温区吸收问题。建立了高温高压CO2传热实验系统,获得了宽广参数范围内的实验数据,引入超临界类沸腾概念并提出超临界沸腾数及K数,获得了高精度预测超临界传热恶化及传热系数的广义关联式,提出了控制壁温的S-CO2锅炉概念设计等。在此基础上,提出了需加强的研究方向,包括适合不同热源(核能、太阳能、化石能源)的S-CO2循环构建,回热器、压气机及透平等关键部件设计及制造技术,关键部件及全系统的控制运行技术,以及不同功率等级的S-CO2循环的示范系统等,为S-CO2发电的商业应用奠定理论和技术基础。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳循环 热功转换 回热器 透平 控制运行
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超临界二氧化碳在垂直光管内的传热特性 被引量:7
8
作者 张良 朱兵国 +1 位作者 吴新明 徐进良 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第15期4487-4496,共10页
通过实验和模拟方法,研究超临界CO2在恒定热流的垂直光管内的传热特性。实验段内径为10mm,全长2m;从实验数据中选取4个工况进行模拟研究,经过模型对比后选用SST k-w湍流模型模拟工质的传热传质过程;分别定义了正常传热和传热恶化现象,... 通过实验和模拟方法,研究超临界CO2在恒定热流的垂直光管内的传热特性。实验段内径为10mm,全长2m;从实验数据中选取4个工况进行模拟研究,经过模型对比后选用SST k-w湍流模型模拟工质的传热传质过程;分别定义了正常传热和传热恶化现象,并对超临界流体的物性变化进行分析。流动热加速对于传热的影响显著,流体大比热区在径向截面上的位置与流体的主流温度可以作为判定传热恶化是否发生的依据。正常传热工况,在主流温度到达拟临界温度前,大比热区集中在过渡区中;当传热恶化现象出现时,主流温度与拟临界温度之差较大,大比热区已从过渡区移向核心区,导致雷诺切应力降低和湍流强度削弱,直到雷诺切应力方向改变,传热效果开始恢复。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 数值模拟 传热 传热恶化 混合对流
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垂直上升管内超临界CO_2流动传热特性研究 被引量:16
9
作者 朱兵国 吴新明 +3 位作者 张良 孙恩慧 张海松 徐进良 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1282-1290,I0006,共10页
在压力为7.5~21 MPa,热通量为50~413 kW·m^(-2),质量流速为519~1500 kg·m^(-2)·s^(-1)的实验参数范围内,对超临界CO_2在内径为10.0 mm的垂直上升管内的流动传热特性进行了均匀加热条件实验研究。分析了热通量、压力... 在压力为7.5~21 MPa,热通量为50~413 kW·m^(-2),质量流速为519~1500 kg·m^(-2)·s^(-1)的实验参数范围内,对超临界CO_2在内径为10.0 mm的垂直上升管内的流动传热特性进行了均匀加热条件实验研究。分析了热通量、压力和浮升力对圆管内传热特性的影响规律。实验结果表明:随着热通量的增加,传热出现恶化现象,并且随着热通量的增加壁温峰值点向入口段移动。传热恶化发生在流体温度小于拟临界温度而壁面温度大于拟临界温度附近。增大压力时由于物性的变化趋于平缓,传热恶化被抑制。当传热恶化发生时,浮升力对传热恶化有明显的影响。基于实验数据,综合考虑物性变化和浮升力对传热的影响,建立了新的超临界二氧化碳传热关联式,在实验工况范围内,预测值与实验值的平均偏差和标准差分别为1.2%和16.29%。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 流动 传热关联式 实验 传热
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超临界压力CO2在倾斜光管内换热特性数值分析 被引量:9
10
作者 闫晨帅 朱兵国 +3 位作者 张海松 朱鑫杰 徐进良 刘欢 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期583-592,共10页
对超临界压力下CO2在内径为10mm、长度为2000mm的不同倾斜角度(a=0°、30°、45°、60°、90°)光管内向上流动传热特性进行数值模拟研究。采用超临界压力CO2在垂直光管内向上流动传热实验数据,评估了AKN、YS、LS和... 对超临界压力下CO2在内径为10mm、长度为2000mm的不同倾斜角度(a=0°、30°、45°、60°、90°)光管内向上流动传热特性进行数值模拟研究。采用超临界压力CO2在垂直光管内向上流动传热实验数据,评估了AKN、YS、LS和AB 4种低雷诺数k-e湍流模型和SST k-w湍流模型预测超临界压力CO2传热恶化和正常传热的能力,发现SST k-w模型可以获得较准确的计算结果。基于超临界流体在类临界点T=Tpc处发生类液–类气"相变"的角度,研究了圆管倾斜角度对超临界压力CO2传热的影响,通过获取圆管内详细的温度分布、物性分布和速度分布等信息,分析了顶母线和底母线管壁温度产生差异的原因,重点讨论了倾斜圆管顶母线发生传热恶化和传热恢复的机理,确定了类气膜厚度和性质、湍动能k以及黏性底层厚度等是影响超临界CO2传热过程中壁温分布的主要因素。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 倾斜圆管 流动 传热 数值模拟
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超高参数CO2在垂直管中的传热分析 被引量:3
11
作者 朱兵国 张海松 +3 位作者 孙恩慧 刘欢 刘广林 徐进良 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期4880-4889,共10页
在均匀加热条件下,开展了超高参数二氧化碳在垂直上升管中的传热特性实验研究。实验段内径为10.0mm,实验参数范围:压力p=8.21~20.6MPa,热流密度qw=95~300kW/m^2,质量流速G=1000~1232.5kg/(m^2·s)。分析了入口温度、压力和热流密度... 在均匀加热条件下,开展了超高参数二氧化碳在垂直上升管中的传热特性实验研究。实验段内径为10.0mm,实验参数范围:压力p=8.21~20.6MPa,热流密度qw=95~300kW/m^2,质量流速G=1000~1232.5kg/(m^2·s)。分析了入口温度、压力和热流密度对传热的影响规律。实验结果表明,在热流密度、压力和质量流速一定的条件下,入口温度对传热有明显影响,当Tin<Tpc时,在拟临界温度前壁温出现峰值,达到峰值点随后又逐渐下降,即传热出现了恶化现象。但是当Tin>Tpc时在同样的工况下,壁温沿着主流焓值单调上升,无明显的壁温峰值出现,这意味着传热恶化只发生在Tin<Tpc时。在Tin>Tpc的超临界工况下,压力和热流密度对传热的影响较小,工质遵循单相强制对流换热。将实验数据与选取的典型传热关联式作比较,结果显示,经典的D-B单相湍流对流公式计算的换热系数和壁温已达到了满意的预测精度。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 超高参数 对流 传热 实验
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圆管内超临界CO_2的阻力特性 被引量:3
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作者 吴新明 朱兵国 +3 位作者 张良 孙恩慧 张海松 徐进良 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期5024-5033,共10页
对超临界二氧化碳在圆管内流动时的压降和摩擦系数进行了实验研究。实验段长为2000 mm,内径为10mm。该实验压力范围为8~16MPa,质量流量范围为1000~1525kg·m^(-2)·s-1,内壁热通量范围为96.5~283.2kW·m^(-2)。得到了不... 对超临界二氧化碳在圆管内流动时的压降和摩擦系数进行了实验研究。实验段长为2000 mm,内径为10mm。该实验压力范围为8~16MPa,质量流量范围为1000~1525kg·m^(-2)·s-1,内壁热通量范围为96.5~283.2kW·m^(-2)。得到了不同工况下竖直圆管内流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速、主流焓值和热通量对圆管内摩擦阻力的影响。实验结果表明摩擦压降随着质量流量和压力的增加而显著增加,特别是当主流焓值超过拟临界焓值后,其增加的速度变得更加剧烈,同时发现热通量对摩擦压降的影响较小。对于预测常物性摩擦因子的经验关联式并不能预测超临界CO_2的摩擦因子。因此提出了一个新的经验关联式,其实验数据在±20%误差范围内占83.31%。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 摩擦压降 流动 气液两相流 上升管
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压力瞬态下超临界压力CO2的传热特性 被引量:1
13
作者 朱兵国 吴新明 +2 位作者 张良 徐进良 刘欢 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期4444-4451,共8页
在均匀加热条件下,开展超临界压力二氧化碳在压力瞬态下的传热特性实验研究。实验段内径为10.0mm,实验参数范围:压力P=7.58~9.97MPa,热流密度qw=64~256kW/m^2,质量流速G=660~893kg/(m^2·s)。分析了正常传热和传热恶化条件下,瞬间... 在均匀加热条件下,开展超临界压力二氧化碳在压力瞬态下的传热特性实验研究。实验段内径为10.0mm,实验参数范围:压力P=7.58~9.97MPa,热流密度qw=64~256kW/m^2,质量流速G=660~893kg/(m^2·s)。分析了正常传热和传热恶化条件下,瞬间泄压过程对传热的影响规律。实验结果表明,正常传热工况下,壁温随着压力的减小有降低的趋势,传热系数明显增大;传热恶化发生后壁温迅速上升,对应的传热系数减小传热恶化更加严重,且恶化壁温峰值点向着入口方向移动。最后对实验现象进行了解释,正常传热下壁温降低是由于压力的降低增大了比热容,从而改善了传热。传热恶化发生后,压力的降低减小了拟临界焓值ipc,从而增大了超临界沸腾数SBO,更大的SBO表明膨胀动量力占主导,靠近壁面低密度的vapor-like fluid在不断向外膨胀,从而使得低密度层流体的厚度增加,从而加大了传热热阻,这时壁温升高或者出现更大的恶化。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 瞬态响应 传热
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竖直管中超高温压参数CO_(2)的传热特性分析 被引量:1
14
作者 朱兵国 巩楷刚 +2 位作者 孙健 彭斌 朱鑫杰 《流体机械》 CSCD 北大核心 2022年第7期29-36,共8页
针对超高参数CO_(2)在大直径管中传热性能数据缺乏等问题,采用数值模拟的方法对超高参数CO_(2)在30 mm管中的传热特性进行了研究,并通过在均匀加热条件下开展CO_(2)在竖直管内的传热实验研究对其准确性进行了验证。结果表明,超临界压力C... 针对超高参数CO_(2)在大直径管中传热性能数据缺乏等问题,采用数值模拟的方法对超高参数CO_(2)在30 mm管中的传热特性进行了研究,并通过在均匀加热条件下开展CO_(2)在竖直管内的传热实验研究对其准确性进行了验证。结果表明,超临界压力CO_(2)在不同温区的传热特性表现出巨大差异,当入口温度低于拟临界温度T_(pc),在T_(pc)前壁温出现了峰值现象,传热发生了恶化,而当入口温度大于T_(pc),壁温沿着主流方向单调上升;热流密度和压力对最小传热系数h_(min)的影响较小,质量流速G对h_(min)影响较为明显,质量流速增大1.5倍时,传热系数增大约1.4倍;基于数值模拟结果本文给出了超高参数工况下临界热流密度的判据。研究结果将对超临界CO_(2)发电系统受热面的设计与安全运行提供理论指导。 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 超高参数 传热 试验 数值模拟
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个人择业与社会责任:武进吴氏昆季生平事迹考述 被引量:1
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作者 葛吉霞 朱炳国 陈磊 《常州大学学报(社会科学版)》 2018年第2期97-105,共9页
清末民初社会处于大转折时期,"向何处去"成为摆在世人面前的难题。武进吴镜渊昆季得益家学,以个人择业符合时代和社会需要的原则,实现自我的社会价值。由仕入商的吴镜渊扭转中华书局和大成纺织染有限公司的危局,积极谋划地方... 清末民初社会处于大转折时期,"向何处去"成为摆在世人面前的难题。武进吴镜渊昆季得益家学,以个人择业符合时代和社会需要的原则,实现自我的社会价值。由仕入商的吴镜渊扭转中华书局和大成纺织染有限公司的危局,积极谋划地方慈善公益事业。"推行八小时工作制"的吴镜仪关心劳工疾苦,为劳工谋福利。"学而优则仕"的吴镜予热心慈善公益事业,捐资输款,救助贫儿。吴镜渊昆季笃奉慈训,在自我发展中践行社会责任,体现儒家文化和家风文化的育人精髓,或对传承与发扬传统文化育人作用具有重要启示。 展开更多
关键词 吴氏昆季 家风 儒家思想 育人
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变截面耦合通道PCHE内超临界CO_(2)热工水力性能研究
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作者 朱兵国 何吉祥 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1749-1756,共8页
本文采用数值模拟方法,以超临界CO_(2)(S-CO_(2))作为印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)冷、热两侧耦合换热的流体,对圆形等截面耦合通道、圆形渐扩截面耦合通道以及圆形渐缩截面耦合通道的热工水力性能进行了... 本文采用数值模拟方法,以超临界CO_(2)(S-CO_(2))作为印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)冷、热两侧耦合换热的流体,对圆形等截面耦合通道、圆形渐扩截面耦合通道以及圆形渐缩截面耦合通道的热工水力性能进行了对比研究。研究结果表明,在相同换热面积下,相较于传统等截面通道PCHE,S-CO_(2)在冷热两侧均为渐缩通道的PEC均大于1,最大达到了2.16,最小则为1.38,其综合性能最优。然而,S-CO_(2)在两侧均为渐扩通道的PEC均小于,综合性能较差。降低冷侧运行压力有利于提高渐缩通道的综合性能。研究结果为PCHE的设计提供了新的思路和理论指导。 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 PCHE 变截面通道 热工水力性能
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倾斜圆管内超临界压力CO2流动换热数值分析 被引量:4
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作者 闫晨帅 朱兵国 +3 位作者 尹少军 孙恩慧 徐进良 刘欢 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期571-581,共11页
对超临界压力CO2在内径为10 mm、加热长度为2000 mm、倾斜角度α=45°的倾斜光管内向上和向下两个方向的流动与传热行为进行数值计算.采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,通过超临界压力CO2在垂直光管内向上流动传热的实验数据验证了计... 对超临界压力CO2在内径为10 mm、加热长度为2000 mm、倾斜角度α=45°的倾斜光管内向上和向下两个方向的流动与传热行为进行数值计算.采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,通过超临界压力CO2在垂直光管内向上流动传热的实验数据验证了计算模型的可靠性和准确性,分析了倾斜圆管内壁温度Tw,i和对流换热系数h沿圆管轴向和周向的变化规律.基于超临界压力CO2在类临界温度Tpc处发生类气-类液"相变"的"类沸腾"假设,研究了超临界CO2在倾斜圆管内不同方向流动时顶母线壁温分布产生差异的原因,通过获取圆管横截面内速度分布、物性分布和湍流分布等详细信息,重点分析了产生这一差异的传热机理.计算结果确定了类气膜厚度、轴向速度u、湍动能k和黏性底层厚度δy+=5是影响不同流动方向时顶母线壁温分布差异的主要因素. 展开更多
关键词 超临界二氧化碳 倾斜圆管 传热 流动 数值模拟
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Numerical study on convective heat transfer of supercritical CO_(2) in vertically upward and downward tubes 被引量:6
18
作者 YAN ChenShuai XU JinLiang +2 位作者 zhu bingguo HE XiaoTian LIU GuangLin 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期995-1006,共12页
The experimental measurement of supercritical pressure carbon dioxide(sCO_(2))heat transfer in vertical downward flow was performed in a circular tube with inner diameter of 10 mm.Then,a three-dimensional numerical in... The experimental measurement of supercritical pressure carbon dioxide(sCO_(2))heat transfer in vertical downward flow was performed in a circular tube with inner diameter of 10 mm.Then,a three-dimensional numerical investigation of sCO_(2)heat transfer in upward and downward flows was performed in a vertical heated circular tube.The influence of heat flux,mass flux,and operating pressure on heat transfer under different flow directions were discussed.According to the"pseudo-phase transition"viewpoint to supercritical fluids,the analogy to the subcritical inverted-annular film boiling model,the physical model to sCO_(2)heat transfer was established,where fluid region at the cross-section of circular tube was divided into gas-like region covering heated wall and core liquid-like phase region.Then,the thermal resistance mechanism which comprehensively reflected the effect of multiple factors including the thickness of the gas-like film or liquid-like region,fluid properties and turbulence on heat diffusion was proposed.Surprisingly,thermal resistance variation in upward flow is well identical with that of wall temperature and heat transfer deterioration is predicted successfully.In addition,compared with thermal resistance in the core liquid-like region,gas-like film formation is determined to be the primary factor affecting heat transfer behavior.Results also show that total thermal resistance in upward flow is always larger than that in downward flow.The investigation can provide valuable guide to design and optimize sCO_(2)heaters. 展开更多
关键词 supercritical CO_(2) flow direction pseudo-film heat transfer thermal resistance
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Heat Transfer Prediction of Supercritical Carbon Dioxide in Vertical Tube Based on Artificial Neural Networks 被引量:2
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作者 zhu bingguo zhu Xinjie +2 位作者 XIE Jian XU Jinliang LIU Huan 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期1751-1767,共17页
Accurate prediction of supercritical CO_(2)(scCO_(2))heat transfer is important for heat exchanger design and safe operation of scCO_(2)power cycles.The main prediction method is empirical correlation.This paper demon... Accurate prediction of supercritical CO_(2)(scCO_(2))heat transfer is important for heat exchanger design and safe operation of scCO_(2)power cycles.The main prediction method is empirical correlation.This paper demonstrates an alternative way by artificial neural networks(ANN)model with two hidden layers.To assess widely cited correlations and newly developed ANN model,scCO_(2)heat transfer experiment in vertical tube with pressure up to 20.8 MPa was performed to extend experiment database,which includes 2674 runs.Compared with empirical correlations,the ANN model is promising for following advantages:(1)ANN model has much better prediction accuracy.The mean relative error,mean absolute relative error and the root-mean-square relative error between predicted and measured wall temperatures are eA=0.38%,eR=4.88%and eS=7.29%,respectively.(2)ANN model performs faster computation speed.(3)ANN model can accurately and speedily predict scCO_(2)heat transfer performance for both normal heat transfer and heat transfer deterioration modes.The trained ANN program is provided with this paper,which is a useful tool and can be directly applied in engineering of scCO_(2)heat transfer. 展开更多
关键词 supercritical CO_(2) heat transfer prediction ANN model CORRELATIONS
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