基于二级相变理论的超临界拟临界区划分方法

拟临界区通常意义上是指超临界条件下拟临界点附近物性变化剧烈的区域,在该区域内超临界流体的传质、传热行为与亚临界流体有很大不同,传统的亚临界热工水力分析模型已不适用,因此拟临界区是超临界流体热工水力特性研究的重点区域。本文基于拟临界区的热力学性质提出一种新的划分方法,认为超临界条件下高密度流体与低密度流体的转变满足二级相变理论,表面张力消失点为拟临界区的起始点,拟临界温度是相转变点,拟临界区的起始点和终止点满足Ehrenfest相变平衡方程。。

超临界区水的拟临界温度的确定

以水和蒸汽性质国际协会推荐的IAPWS-IF97为基本框架,推导了临界区域内水的拟临界温度计算方程。并在此基础上得出了拟临界温度和压力的关系式,可对临界区水的拟临界温度进行快速计算。该公式可广泛应用于超临界蒸汽发生器等的设计计算。

跨临界瞬态数值模拟中的高精度拟临界温度计算

根据拟临界温度的定义,结合IAPWS-IF97水物性公式,迭代计算获得了不同压力下的拟临界温度数据,在此基础上拟合出拟临界温度与压力的关系式.基于该关系式计算构建了拟临界温度计算模块,用于热工水力系统程序的跨临界计算改造.应用修改后的热工水力系统程序,针对简单的模型进行了跨临界瞬态计算.结果表明,拟临界温度与压力拟合关系式能够用于超临界压力系统的跨临界瞬态计算.

不锈钢及高温合金在拟临界区的腐蚀行为研究

研究3种高温合金和4种奥氏体不锈钢在380℃、25 MPa去离子水中的均匀腐蚀行为,使用场发射扫描电镜(FEG-SEM)和X射线能谱仪(EDS)分析不同腐蚀时间的表面氧化膜形貌与合金元素分布。结果表明,实验工况下合金腐蚀增重无明显规律,腐蚀失重均为对数规律;HR3C合金腐蚀失重最小,347合金最大,二者相差一个数量级。所有材料表面均能生成较为完整致密的双层氧化膜,外层相对贫Cr、Ni,缺Mo而富O。316Ti、718、825、800H、HR3C等多种合金出现点蚀,依照成分不同,点蚀区域呈现富Nb、Ti,贫Cr、Ni,缺Mn、Mo等现象。

超临界水拟临界点的热膨胀系数计算研究

在临界点附近时,超临界水的热膨胀系数很大,随着压力的升高,拟临界点的热膨胀系数迅速下降,拟临界点的热膨胀系数是计算临界相变转换数的基础,对于分析超临界压力下的流动不稳定性非常重要。因此,计算超临界水在拟临界点的热膨胀系数,对于了解和掌握超临界水堆中能量的转换或热量传递非常重要。运用MATLAB曲线拟合工具箱,对超临界水的拟临界点的膨胀系数进行了拟合回归分析。拟合得出了超临界水的拟临界点的热膨胀系数的计算公式。该公式具有结构简单易于计算的特点,最大绝对误差为0.20 K-1,最大的相对误差为0.19%,计算精度满足工业研究与分析的要求。

水和蒸汽拟临界温度的计算模型浅析

拟临界温度的大小,对于确定临界区域水的过热度具有重要意义。通常计算拟临界温度,需要多次循环迭代计算出最大比热从而得出拟临界温度。文章依据在各个压力下计算出的拟临界温度,运用最小二乘法,拟合得出了一种计算拟临界温度的计算方程。通过与迭代计算实际得到的拟临界温度相比较验证,计算误差完全在工程计算允许误差范围内。该计算方程形式简单,易于工程组态计算。

酸性天然气拟临界参数计算式

天然气拟临界参数是与天然气有关计算的基础参数,含有酸性气体的天然气大多采用Kay规则和Wichert&Aziz校正计算气体拟临界参数,而基于酸气密度计算方法国内还没有见到相关文章。此次研究收集了国内外各大气田93个酸性气体气样,结合实验分析结果建立了一新的适合于酸性天然气拟临界参数计算的密度计算公式;并采用新的计算公式计算某含H2S、CO2酸性天然气和常规天然气偏差因子,并与Kay's混合规则和Wichert&Aziz校正计算模型、Standing方法、实验结果进行对比分析。研究表明,该公式对于酸性气体具有较好的代表性,计算精度高于Kay's混合规则、Standing密度计算方法;而对于低相对分子质量常规气体Standing方法计算精度最高。

316L钢在超临界水拟临界区内的腐蚀行为特性研究

为研究金属材料在超临界流体拟临界区内的腐蚀行为,解释拟临界区内腐蚀加剧现象的形成机理,采用超临界流体反应釜腐蚀实验平台,对316L奥氏体不锈钢在375.6℃、22.5 MPa,405.6℃、22.5 MPa以及405.6℃、28.6 MPa 3种超临界水工况下进行200 h的静态腐蚀实验,并通过电子天平称量、扫描电子显微镜分析、X射线能量色散光谱仪分析和X射线衍射分析等方法对试样的腐蚀情况进行了分析。结果表明:316L不锈钢在拟临界区(375.6℃、22.5 MPa)腐蚀加剧,腐蚀速率最高,腐蚀产物最为复杂;在拟临界区的腐蚀产物为两层,外层为Fe_(3)O_(4)、Fe_(2)O_(3),内层为FeCr_(2)O_(4),而在超临界压力高参数区(405.6℃、28.6 MPa)只形成一层Fe_(3)O_(4),内层产物膜尚未形成。通过对腐蚀机理分析发现,由于超临界水在拟临界区的物性剧烈变化,动力学作用增强,加速了氧等腐蚀性介质向材料基体的迁移,加剧了腐蚀产物脱落及游离,故而产生了材料在拟临界区腐蚀加剧的现象。该研究可为超临界流体环境下改善材料抗腐蚀性能、保障我国超临界系统的安全运行提供参考。

超临界水活塞效应传热现象的数值模拟

在热力学临界点邻域,流体的一些物性(定压比热、热膨胀系数和等温压缩率)呈奇异性变化,从而产生了一种奇异的传热现象——“活塞效应”．活塞效应是由超临界流体在临界点附近较高的热压缩率和较低的热扩散率引起的,它不同于常规的导热、对流和辐射3种传热方式,被认为是第四种传热机理．文中对封闭容器内超临界水的活塞效应进行了数值分析,结果表明,不论是加热过程还是冷却过程,由于活塞效应的作用,系统趋于热平衡所需的时间大大减少.活塞效应不仅存在于临界点附近,而且在远离临界点处仍然作用明显,流体温度越接近对应压力下的拟临界温度,活塞效应作用越强烈．流体的定压比热与定容比热之比可以作为衡量不同参数时活塞效应强度的参数．

基于不同状态方程的拟临界线计算方法及对拟临界区的划分

超临界流体在拟临界区内物性会发生剧烈变化。为建立拟临界区的划分方式,本文以超临界二氧化碳为研究对象,首先基于Van der Waals、Redlich-Kwong和Soave-Redlich-Kwong3个不同精度的状态方程分别计算获得了对应的拟临界线;然后基于连续相变理论,通过Ehrenfest方程确定了拟临界区;最后根据拟临界区划分结果,与传热退化发生的区域进行匹配,分析了不同区域内影响传热退化行为的内在机制。结果表明浮生力效应在拟临界区前和拟临界区之内对传热恶化起主导作用,流动加速效应在拟临界区之后起主导作用。

含非零基座本原环的拟临界环

Jacobson在文献[1]中证明了含非零基座本原环的结构定理:环R是含非零基座S的本原环当且仅当存在除环△上一对对偶空间(M,M′)使得,其中,Ω是M的全线性变换环},(?)(M,M′)是(?)(M,M′)中的所有关于M的秩是有限的线性变换的集合。此后人们又用不同方法证明了这个定理,如文献[2,3]。本文目的是在除环上的向量空间的全线性变换环中引进关于它的子环的拟元的概念,从而得到了含非零基座本原环的拟临界环,并改进了文献[1]中关于含非零基座本原环的结构定理。

临界增长拟线性椭圆型方程中p-Laplace算子的弱连续性

讨论了RN中有界区域上一类拟线性椭圆型方程,在非线性项只限制临界增长的条件下对于1<p<N,证明了p-Laplace算子的弱连续性.

临界拟线性椭圆方程极小能量解的形态

讨论了方程-△ pu =-Div(|Du|p -2 Du) =Q(x) |u|p -2 u +ε|u|σ -1u x∈Ωu|Ω=0的极小能量解在ε→ 0时的形态 :当ε→ 0时 ,方程极小能量解uε 在测度意义下满足|Duε|p 弱 Q- N -ppm SNp δx0 ,|uε|p 弱 Q- Npm SNp δx0 ,其中Qm=maxx∈ΩQ(x) =Q(x0 ) ,δx0 为x0 的Dirac函数 ,Ω是有界光滑区域 .

内螺纹管内超临界水的流动阻力特性试验研究

在压力22.5~28MPa,质量流速600~1000kg·m-2·s-1,工质比焓800~3100 kJ·kg-1范围内,对超临界水在四头内螺纹管内的流动阻力特性进行了试验研究,得到了不同工况下内螺纹管流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速和工质比焓变化对内螺纹管摩擦阻力系数的影响。试验结果表明：超临界压力下质量流速对摩擦阻力压降有很大影响,但对摩擦阻力系数的影响很小;在拟临界区域摩擦阻力系数有阶跃式增长现象,且这种阶跃增长现象随着压力的增加而减弱。整理试验数据得到超临界水的内螺纹管摩擦阻力系数经验关联式,与试验值相比误差小于15%,为设计具有良好水动力特性的超临界锅炉提供可靠依据。

超临界压力下水在垂直加热管内传热特性的实验研究

采用均匀全周电加热方法,对内径为12 mm的垂直上升管内水在超临界压力区中的传热特性进行了实验研究.分析了质量流速、热流密度以及压力对传热特性的影响,发现由于超临界压力下边界层内流体物性的剧烈变化,使拟临界温度附近的传热得到显著强化,传热强化的程度随质量流速的增加而提高,随壁面热流密度和压力的增大而降低.根据实验数据,给出了超临界压力下水在垂直加热管内对流换热的经验关联式,其平均相对误差为11 8%.

垂直上升光管内超临界水的传热特性试验研究

在压力22.5～30 MPa、质量流速1009～1626 kg/(m2.s)、内壁热流密度216～822 kW/m2的试验参数范围内,对均匀加热垂直上升光管内超临界压力水的传热特性进行了系统的试验研究,得到了不同工况下垂直上升光管内超临界水的传热特性,分析了压力、内壁热负荷和质量流速变化对光管内壁温度及换热系数的影响,并给出了能用于工程实际的传热试验关联式。试验结果表明:在拟临界点附近,光管壁温随焓值平缓增加,超临界水的换热系数显著增大,管内出现了明显的传热强化现象;在远离拟临界点的区域,光管壁温随焓值的增大显著升高,换热系数迅速减小;压力与热流密度的增大以及质量流速的减小,均会导致壁温升高,换热系数减小,传热强化减弱;随着热流密度的增大,换热系数峰值提前出现。

管内超临界压力水的混和对流换热

本文利用FLUENT6.0软件,数值研究了超临界压力下水在光管内作层流流动和换热特性,着重考察了重力引 起的二次流的影响。研究发现垂直管中由于浮力作用,速度曲线不再是抛物线,而成M状,并在壁面附近出现峰值;重 力作用下,物性的剧烈变化在水平管垂直流动方向引起了很强的二次流,从而影响了阻力特性和换热特性。

超临界压力水在垂直上升内螺纹管中的传热特性

在压力22.5～30MPa,质量流速430～1200 kg·m-2·s-1,内壁热负荷284～719kW·m-2范围内,对超临界压力水在均匀加热垂直上升内螺纹管内的传热特性进行了实验研究,得到了内螺纹管内超临界压力水的传热特性,分析了压力、热负荷和质量流速变化对内螺纹管壁温及传热系数的影响,探讨了拟临界区的传热机理,并给出了能用于工程实际的传热实验关联式。实验结果表明:垂直上升内螺纹管中超临界水具有良好的传热特性。在低焓值区内螺纹管壁温随焓增平缓增加,而在高焓值区壁温随焓增的升高明显。由于热物性的剧烈变化,超临界水在拟临界焓值区发生了明显的传热强化。压力与热负荷的增大以及质量流速的减小均会导致内螺纹管壁温的升高和传热系数的减小,使得传热强化现象削弱,甚至出现传热恶化。

垂直管内超临界水传热实验研究

在宽广的实验范围内对直径10mm垂直管内超临界水在不同工况下的传热特性进行了实验研究,分析了热流密度、质量流速及压力变化对内壁面温度及传热系数的影响规律。实验参数为:压力23、25、26MPa,质量流速450～1 200kg/(m2.s),热流密度200～1 200kW/m2。实验结果表明:随主流温度的升高,壁面温度逐渐上升,在拟临界点附近由于物性剧变存在传热强化现象;热流密度的增加以及质量流速的减小均会削弱传热强化现象,并导致传热恶化;压力的影响主要体现在传热恶化、强化的起始热流密度和起始主流温度的不同。

超临界流体物性畸变特性的多尺度研究

为填补超临界流体物性畸变特性的理论空白,本文分别从微观尺度的分子动力学模拟、介观尺度的平均场理论和标度理论及宏观尺度的物性测量实验等方面展开研究。应用分子动力学模拟方法得到了跨越拟临界点时二氧化碳体系的微观结构特性,通过分析双体分布函数等结构参数的变化规律得到了物性畸变的分子动力学机理。基于朗道二级相变理论和标度理论,提出了一种考虑外场的气液相变模型,定量预测了超临界流体在拟临界区附近和趋于临界点时密度、定压比热等热力学量的畸变规律。在宏观尺度方面,本文开展了超临界二氧化碳密度、定压比热、黏度的高精度测量实验,指出了现有物性计算模型的潜在缺陷。研究结果表明,对于不同的超临界流体,临界点和拟临界区附近的物性畸变特性存在普适规律。在相图上,超临界流体区可进一步划分为4个区域:临界点邻域、类气区、类液区和拟临界区。不同区域内,超临界流体特性由不同尺度下的影响机制所主导。