管壳式换热器稳健性选型方法研究(Ⅳ)——最大管程传热特性比情形

用管程传热特性比和面积裕量系数构造换热器稳健性目标函数，利用均匀设计表和参数设计方法对该函数寻优。案例表明，本法较经典的选型设计方法能搜寻出更多的具有较大操作弹性的系列标准规格产品。

亚临界及近临界压力区倾斜管与垂直管中汽水沸腾传热特性比较

在亚临界及近临界压力下,对φ32×3mm不锈钢倾斜上升光管(倾角α=20°)及垂直上升光管中水的沸腾传热特性进行了试验研究.试验参数范围:压力p=13～21.5MPa,质量流速G=600～1200kg/(m2s),内壁热负荷q=200～600kW/m2.试验结果表明:倾斜管比垂直管更容易发生第一类传热恶化(DNB),但倾斜管发生DNB后的壁温飞升峰值低于垂直管;倾斜管与垂直管类似,增加质量流速可以提高临界热负荷,在近临界压力区比亚临界压力区更容易发生DNB.提出了对超临界锅炉设计有重要参考价值的倾斜管临界热负荷、垂直管及倾斜管最小传热系数的计算关联式.

等截面和变截面通道硅基微型脉动热管传热特性比较

为了解截面结构对微型脉动热管传热性能和内部工质流动特征的影响,采用可视化和温度测量的方法对比研究了等截面和变截面硅基微型脉动热管内的工质运动和传热特性。实验工质为R141b,充液率为40%～60%。实验结果发现,变截面通道结构的设计不仅有利于降低微型脉动热管的热阻,提高其传热能力,同时可有效改善其启动性能。随着充液率的增大,该优势更加明显,当充液率约60%时变截面微型脉动热管的启动功率和启动蒸发段平均温度比等截面热管分别下降约0.4 W和17.3℃。另外,因变截面结构而形成的附加毛细作用可使微型脉动热管内工质发生短暂定向运动,而在等截面热管中则未观察到上述现象。

CERT试验台架传热特性比例分析失真评价

非能动安全壳冷却系统(Passive containment cooling system,PCS)是大型先进压水堆核电厂专设安全系统之一,壳外冷却水膜在事故发生后对壳内的降温降压过程有着重要的作用。为了分析LOCA(Loss of Coolant Accident)事故工况下PCS整体响应过程的主要传热现象,验证PCS设计水膜覆盖率的安全裕度,本文利用安全壳专用分析程序分别对PCS原型系统和模拟试验台架(Containment safety v Erification via integ Ral Test,CERT)进行建模,分析基准工况和恶劣工况下安全壳内的传热相关无量纲参数群((47)群)及其相似准则数((47)比)的变化,比较影响PCS降温降压能力的不同能量传递方式的重要程度,同时对其在试验台架上出现的失真度进行评价。结果表明,安全壳外冷却水膜建立后,壳内破口能量主要通过壳内壁面蒸汽冷凝和壳外壁面水膜蒸发载出,相应物理现象在台架模拟试验中应优先准确模拟;此阶段壳内热阱传热失真度较大,但由于其换热量很低可以忽略不计。通过传热特性失真评价认为,CERT试验台架可以有效模拟原型PCS在小水膜覆盖率时的传热现象。

翅片管与普通管的传热特性比较

近年来,越来越多的换热器采用管外翅片或管内翅片,其目的在于提高传热面积。对于普通管换热器,总单位面积传热系数由下式给出:

太阳辐射作用下不同活动水平的室内人体传热特性及热舒适研究

太阳辐射是影响室内空调负荷的重要因素,当阳光直射人体时,影响人体与周围环境热交换,进而影响热感觉,人体处于热中性的环境温度的变化关乎空调系统能耗和人体热舒适。本研究在人工气候室进行冬季实验,利用太阳辐射模拟装置控制太阳辐射强度,受试者穿着典型服装,分别进行静坐与两种步速(3.2、5 km/h)活动,测试生理参数并进行热感觉问卷调查,分析太阳辐射与活动水平共同作用下,人体与周围环境间的传热特性,研究热舒适区偏移规律。结果表明:有太阳辐射时,随着活动强度增加,蒸发传热量占比增加,对流传热与辐射传热占比减小,热舒适区向下偏移,冬季人体维持舒适状态所需的环境温度降低。为该条件下空调室内设计参数的设定提供一定参考,使空调系统更节能。

池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究综述

钠冷快堆是第四代先进核能系统的重要堆型之一。池式钠冷快堆安全裕量大,但结构较为复杂,其堆内一回路循环流动呈多尺度、复杂空间、多路径、三维流动等特点,给池式钠冷快堆计算与实验带来一定困难。近年来,计算流体力学(CFD)的快速发展为解决上述问题提供了重要技术路径,本文对池式钠冷快堆复杂空间内流动与传热特性三维数值模拟研究进行综述。对于全堆一体化整体计算,获取池式钠冷快堆典型对称/非对称工况下的三维温度场分布及关键热工参数瞬态变化,评价其余热排出能力;对于局部部件或区域精细化计算,获取局部三维流动与传热特征参数,也为全堆一体化计算提供关键输入。相关研究为池式钠冷快堆安全稳定运行及设计优化提供重要支撑。

不锈钢板式热沉传热特性的实验与模拟研究

目的 研究流量、胀高及焊点排布方式对不锈钢板式热沉传热特性的影响。方法 搭建实验平台,加工出结构参数不同的板式热沉实验件,同时采用静力隐式算法建立相应的几何模型,通过实验与数值模拟相结合的方法,研究流量、胀高和焊点排布方式的变化对板式热沉热阻的影响规律,并分析热沉流道内部流场状态。结果 首先计算了6个工况下的热阻,发现实际换热量为540 W时,数值模拟与实验结果的最大相对误差不大于25%。然后分析了误差来源,最后得到了热沉全流道速度场与温度场的分布情况。结论 实验与模拟结果有较好的符合程度,证明了数值模拟方法的可靠性。在换热量相同时,板式热沉的热阻随流量与胀高的增大而减小,焊点为菱形排布的热沉传热性能相对更好。板式热沉内部的流场具有周期性,焊点使流体扰动增强,并形成射流和旋涡,起到了强化传热的效果。

寒冷地区光伏墙体综合传热特性的数值模拟研究

近年来BIPV项目逐渐增多,对光伏墙体的研究多以光伏组件电热性能为重点,少有结合节能墙体热工性能对不同构造光伏墙体的综合传热特性优化开展的研究。以天津地区为应用场景,分别建立符合天津市居住建筑四步节能设计技术指标的基础墙体、普通光伏墙体和嵌入保温隔热一体化板的新型光伏墙体的传热模型,采用ANSYS FLUENT软件对其温度分布、表面热流密度进行数值模拟,对模拟结果进一步分析获得不同类型墙体的传热系数和光伏组件的电性能。结果表明:较基础墙体,夏季普通光伏墙体内表面得热量可增加46.88%,冬季普通光伏墙体内表面失热量可减少5.47%;新型光伏墙体中的保温隔热层厚度宜不小于20 mm,此时,夏季新型光伏墙体内表面得热量最大可增加18.16%,冬季新型光伏墙体内表面失热量最小可减少20.07%。基于计算结果,寒冷地区的建筑外墙应用光伏组件时,散热构造措施可简化。

电阻式熔盐加热器内部传热特性研究

高温熔盐电加热器是储热系统中实现电热转换的核心设备,掌握内部温度分布特性是推动其结构优化的关键。文章建立了传统电阻式熔盐加热器计算模型,采用CFD软件,通过求解三维N-S方程和能量方程,研究了加热器内部温度分布特点,得到了电加热器内部温度分布在不同工况下的变化规律。结果表明:沿流动方向上熔盐和管壁温差逐渐增加,而多组串联布置能够有效降低传热温差,在加热器连接处二者温差可从27℃降低至2℃;同时,由于内部加热管密集程度不一致,横截面内中心位置熔盐、电阻丝、填充材料温度明显高于边缘位置,且伴随着负荷的增加温度梯度也逐渐增加,当平均热流密度从5.71 W/cm^(2)增加至28.57 W/cm^(2)时,截面熔盐温差从49℃升高至68℃,可以看出,合理分配电加热管排布是降低截面温差、减小热应力的关键。

切向进气结构对径向流甲醇合成反应器传热特性影响研究

为探究切向进气结构对径向流甲醇合成反应器内催化床层传热特性的影响,通过改变径向流甲醇合成反应器内外分布筒体开孔角度,将混合气入口处普通进气方式改为切向进气,建立了θ=0°、15°、30°、45°的切向进气径向流甲醇合成反应器结构,并采用CFD软件对各角度下反应器温度场进行模拟计算。研究表明,合理的切向角度下的切向进气结构可以提高反应器内流体的混合程度,增加反应物的接触面积,增强传热,不仅能提高反应器温度分布的均匀性,还提高了反应效率和产物收率。研究发现,当θ=30°时反应器内温度场分布最为均匀。

脉冲束流下车载加速器中子源靶传热特性

为了研究不同脉冲束流频率下车载加速器中子源靶的传热特性及其热动态响应,通过调整脉冲束流的频率或脉宽对背部冷却微通道靶的传热性能进行模拟,并通过分析靶内部结构的热沉积分布,探究车载加速器中子源靶的热负载上限以及制约束流的因素。选用能量为2.5 MeV、峰值流强为10 mA的束流开展模拟,结果表明:当束流占空比保持在3%不变时,靶的最高温度呈周期波动,且存在上下包络;随着束流频率的上升,每个脉冲周期内靶的上包络温度逐渐下降,这是由于每个脉冲期间的热冲击下降所导致的;频率上升时,每个周期内加热时间与冷却时间同时缩短,导致其下包络温度在最开始增大后基本保持不变;靶的最高温度随着束流频率增加出现从锂层到中间层钽层的转移。该研究对于车载加速器中子源的束流参数选择和靶冷却设计具有一定的参考价值。

取向硅钢常化炉气体射流冷却传热特性研究

为改善取向硅钢常化冷却段带钢的冷却效果,利用数值模拟软件Fluent计算了不同进气压力、带钢厚度、带钢运动速度、喷射高度和喷嘴间距情况下气体射流冷却的传热特性。计算结果表明:冷却后带钢的平均温度随带钢厚度、运动速度、喷嘴间距和喷嘴高度增大而增加,与进气压力呈负相关;进气压力、带钢厚度及运动速度主要影响带钢的温降速率,带钢宽度方向温度分布取决于喷射高度和喷嘴间距,喷射高度300 mm及喷嘴间距75 mm时带钢温度均匀性较好。计算结果为带钢实际生产提供理论指导。

扁平纵向翅片管换热器的传热特性分析及结构优化

为进一步优化传统纵向翅片管换热器的传热性能,提出了一种扁平纵向翅片管换热器。基于传热流动基础理论,建立扁平纵向翅片管的物理模型,给出相关传热计算公式,优化扁平管和翅片的结构参数。进一步将扁平翅片管和圆管翅片管以及组成换热器的换热性能进行比较分析,结果表明,等截面同翅片结构参数下单位体积内气侧换热面积增加1.5倍,同质热负荷下换热器的体积减少50%以上,结构紧凑,具有较好的综合优势,为该换热器的推广应用提供参考。

微通道中一类生物流体在高Zeta势下的电渗流及传热特性

在高壁面Zeta势下,研究滑移边界条件下满足牛顿流体模型的一类生物流体的电渗流动及传热特性,流体在外加电场、磁场和焦耳加热共同作用下流动.首先,在不使用Debye-Hückel线性近似条件时,利用切比雪夫谱方法给出非线性Poisson-Boltzmann方程和流函数满足的四阶微分方程及热能方程的数值解,将所得结果与利用Debye-Hückel线性近似所得结果进行比较,证明本文数值方法的有效性.其次,讨论电磁环境下壁面Zeta势、哈特曼数H、电渗参数m、滑移参数β对流动特性、泵送特性和捕获现象的影响,并探究焦耳加热参数γ和布林克曼数Br等参数对传热特性的影响.结果表明,壁面Zeta势、电渗参数m、滑移参数β的增大对流体速度有促进作用,而哈特曼数H的增大会抵抗流体流动.研究进一步表明,焦耳加热参数γ和布林克曼数Br的增大会导致温度升高.

液氧甲烷变推力发动机螺旋槽再生冷却传热特性研究

为探究宽工况范围下螺旋槽再生冷却的传热特性,基于微小通道内低温工质的相变传热模型,采用一维传热计算方法,对5 kN级液氧甲烷变推力发动机开展了螺旋槽再生冷却传热特性研究。结果表明:本文所采用的传热计算模型可用于传热预估,与试验结果相比,冷却剂温升误差为4.3%,压降误差为1.1%,喉部处外壁温误差为-11%,在工程计算可接受范围内;相比于直槽,螺旋槽再生冷却能有效降低燃气侧壁温,同时,在宽范围变推力条件下,实际功率水平越低,冷却剂温升、压降越小,喉部燃气侧壁温越低,但“传热恶化区”内的壁温最大值反而越高,当发动机推力由额定工况的75%调整至20%时,燃气侧壁温的最大值由1 351 K增大至1 399 K;综合考虑壁面温度及冷却剂的压力损失,本文对冷却通道开展优化设计,对比四种冷却通道方案的传热性能,其中,方案4为最优方案,20%额定功率水平工况时,冷却剂温升为491 K,压降为0.34 MPa,燃气侧壁温最大值也仅为1 297 K,较初始设计方案降低了102 K,远低于材料的极限温度。

加热条件下倾斜管中超临界CO_(2)流动与传热特性数值模拟

超临界CO_(2)(SCO_(2))布雷顿循环具有广阔的应用前景,其流动与传热特性规律对系统发电效率及安全运行至关重要。基于FLUENT软件进行数值模拟,分析加热条件下倾斜上升管及下降管中SCO_(2)的流动与传热特性。研究了倾斜角度、流动方向、运行工况等参数对SCO_(2)的阻力与传热系数的影响。结果表明:在上升管中,倾斜角度的增加会使沿程压力降低,对流传热系数和阻力系数升高;在下降管中,倾斜角度的增加会使对流传热系数和沿程压力升高,阻力系数降低;倾斜角度的变化对浮升力和热加速效应几乎没有影响;下降管的综合传热性能整体优于上升管,并且竖直下降管的综合传热性能最优;压力和热流密度对SCO_(2)对流传热系数的影响较小,质量通量对其影响较大。

超高速风洞温敏漆膜基结构传热特性分析

磷光热图技术是实现超高速风洞流场下飞行器模型表面热环境测量的关键技术之一,但目前仍缺乏温敏漆(TSP)膜基结构传热特性及膜基材料适用性的系统研究。本文开展了不同材料厚度的TSP膜基结构在不同流场工况下内部传热特性的数值仿真分析。针对超高速脉冲式和暂冲式风洞,分别研究了流场作用时间、表面热流密度和TSP层厚变化对不同材料体系膜基结构内部热扩散深度及表面温升的影响规律。结果表明:TSP膜基结构内部热扩散深度主要与模型材料热扩散率和流场作用时间有关,受热流密度和TSP层厚的影响较小;表面温升主要随热流密度和TSP层厚变化,且均呈正相关趋势。研究成果可为磷光热图在风洞试验应用中定制化设计膜基结构材料和厚度提供理论支撑。

超临界水自然循环试验回路流动和传热特性数值研究

针对超临界自然循环试验回路开展了试验工况下超临界水的自然循环流动与传热特性数值模拟。研究得到,循环流量计算值与试验值符合较好,最大相对偏差仅5.7%;内壁温度计算值与试验值也符合较好,随着加热功率的增大开始升高偏缓,当功率大于约8 kW时,温升较陡,对应的传热系数下降剧烈,说明这一位置处于拟临界温度附近。

钻井平台地面管道内钻井液传热特性研究

明确地面钻井管道内钻井液的传热特性对钻井平台冬防保温具有现实意义。然而现有研究中大多数集中于传统管道如供热管道保温结构的研究,无法有效指导钻井管道的保温设计。利用C++编写地面管道内钻井液传热特性计算程序,研究了无保温管道、保温管道和电伴热管道内钻井液的温度分布规律。结果表明:停机时间小于2.2 h时,地面管道不需铺设保温材料;停机时间小于11.23 h时,地面管道铺设0.01 m的玻璃棉即可满足实际要求;随着停机时间的持续增加,地面管道需铺设电伴热以维持管内钻井液温度,对于单侧铺设电伴热带,加热时间60 min时出口截面钻井液的平均温度可到22.50℃。研究结果对钻井现场地面管道的保温结构设计具有重要参考价值。