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.

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。

超临界CO_(2)在水平螺旋凹槽管中传热和压降特性的数值研究

采用RNG K-ε模型对超临界CO_(2)在水平螺旋凹槽管和光管管内的冷却换热特性进行了数值模拟,并对速度场、温度场及涡量进行了对比分析,证明了螺旋凹槽管比光管具有更好的换热性能。探究了在不同入口雷诺数、入口压力及有无浮升力条件下,螺旋凹槽管整体换热性能的变化。结果显示:螺旋凹槽管的换热系数随着入口雷诺数的增大而增大,而在不同入口压力下,换热系数与比热容的变化趋势一致;在不同入口压力和入口雷诺数条件下,螺旋凹槽管的换热系数都在拟临界温度附近达到最大值;有浮升力可以增强换热强度,且主要表现在拟临界温度附近,随着雷诺数增大,重力引起的浮升力效应更明显;压降随着入口压力和入口雷诺数的增大而增大,随温度单调降低,随着超临界CO_(2)温度的升高,低温状态下压降急剧降低,在拟临界温度后开始缓慢变化。

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%.

超临界二氧化碳在印刷电路板式换热器内的流动换热特性研究

印刷电路板式换热器(PCHE)是一种微通道换热器,具有换热效率高、耐高温、耐高压等优势,可广泛应用于海洋工程、核能、光热发电等领域。本文采用数值模拟的方法,计算了跨拟临界点超临界二氧化碳(SCO_(2))在印刷电路板式换热器内的流动换热特性。结果表明:SCO_(2)流体温度达到拟临界温度时,流通截面内流体温度分布最均匀,因为此时流体的有效导热系数最大;SCO_(2)侧对流换热热阻在总热阻中占比最大,其次为导热热阻,水侧对流换热热阻最小;采用等效厚度法计算得到的导热热阻偏大;雷诺数越大,在拟临界温度附近换热强化的程度越大。

超临界水冷堆子通道中熵产行为数值研究

针对超临界水冷堆堆芯六边形子通道内强制对流的传热及熵产行为,采用结构化六面体网格,利用商业软件CFX进行数值分析。湍流模型选择SSG(speziale-sarkar-gatski)雷诺应力模型并结合加强壁面处理方法提高近壁面数值模拟精度。研究结果表明:缓冲层内流体处于拟临界温度附近时会带来周向局部传热强化,并且缓冲层以及粘性底层内的熵产变化最为明显,缓冲层对熵产变化的影响更为深远。窄缝区的熵产要多于中心区的熵产且传热对熵产造成的影响要远大于能量耗散对其的影响。在拟临界温度附近,熵产分布的周向不均性得到一定程度的削弱。本文分析结果将为超临界水冷堆的概念设计提供理论指导。

超(超)临界锅炉大比热区的确定及安全运行措施

超(超)临界机组中,水在拟临界温度处会出现比热容极大、水动力不稳定等问题,给机组的安全运行带来了一定的影响。基于水和水蒸气热力性质的科学标准IAPWS 95公式,计算了22.064～31 MPa压力下的拟临界温度,给出了大比热区定压比热容的变化趋势。并关联了拟临界温度与压力的关系式,计算精度高,平均相对偏差只有0.001 928%。在此基础上分析了大比热区传热恶化的影响因素,并提出了超(超)临界机组大比热区的安全运行措施。

超临界压力下碳氢燃料在竖直圆管内换热特性

以国产航空煤油RP-3为对象研究了超临界压力下热流密度和进口温度对碳氢燃料在竖直向上管和竖直向下管的换热特性的影响.实验中热流密度变化范围为300～600kW/m2,进口温度变化范围为293～723K,压力及流量分别保持为5MPa以及3g/s.研究表明:在所有实验工况下,实验进口处将首先出现换热恶化现象,之后随着热边界层的充分发展换热逐渐增强;当管内流体状态从超临界压力液态过渡到超临界状态,由于物性的显著变化将导致换热沿管程方向得到显著强化.当进口油温超过其拟临界温度后,由于碳氢燃料吸热能力迅速降低导致管内出现了换热恶化.对于竖直向上流与竖直向下流,即使浮升力判断因子的值小于10-5,浮升力的影响仍然不能忽略.最后,在实验结果基础上,提出了超临界压力碳氢燃料在微细管内流动的强迫对流换热经验关系式.

小管径超临界流体传热恶化特性研究

根据IAPWS公布的IF97临界区比容反推方程重新拟合了超临界区域水的拟临界温度计算公式,进一步提高临界区的水和蒸汽物性计算精度。对水平小管径内超临界水的传热恶化特性进行了实验探究,实验结果表明:当平均流体温度小于拟临界温度时,换热系数出现峰值。平均流体与近壁流体的黏度比达到最大值,换热系数达到峰值;密度比达到最大值,传热恶化已经发生,管内进入拟汽相换热区或发生层流化现象。随着热流密度的增大,换热系数峰值越低;换热系数峰值和传热发生恶化的位置都向低焓值区偏移。

吸热型碳氢燃料RP-3替代模型研究

利用广义对应态法则对吸热型碳氢燃料RP-3的5种替代模型的密度、黏度、导热系数和比定压热容进行了数值计算.计算温度变化范围为300～800K,压力变化范围为3～6MPa.结果表明：不同替代模型均能定性重现RP-3在拟临界温度附近的物性急剧变化;由53%正十一烷,18%正丁基环己烷,29%1,3,5-三甲基苯组成的3组分替代模型在预测RP-3物性上表现最优,相对于实验数据,300-700K内密度相对误差均小于0.08;替代模型的相对分子质量越大,预测的拟临界温度越高,对拟临界温度下物性值的影响无显著规律.

航空煤油替代燃料模型热物性

研究基于国产航空煤油RP-3液相组分数据,提出了单组分、简化3组分和详细13组分3种替代燃料模型,并对采用3组分替代模型计算得到的燃料密度、黏度、导热率、比热容4个热物性参数进行了在不同温度（300~1 000K）和压力（1~15MPa）状态下的分析.结果表明,燃料的物性在超临界压力下,随着温度升高,密度减小,黏性降低,热导率则先降后增,而比热容逐渐增大,同时,在拟临界温度附近,燃料热物性均发生变化剧烈,比热容在不同压力下对应不同峰值点,在3MPa下最大;压力的变化会使得拟临界温度发生改变,给密度的变化程度、比热容的峰值分布和热导率的大小带来一定的影响.采用3组分替代模型预测燃料热沉,经实验验证,其物理热沉吻合较好.