垂直下降沸腾管两相流传热恶化研究

1引言 传热恶化有不同的类型，就工程换热设备设计和运行的实际需要来说，人们最关心的是以下几点：（1）传热恶化发生的位置（壁温飞升起始点），一般用。cr来表示；（2）传热恶化发生后壁温飞升的最大值，一般用A儿。。来表示；（3）壁温飞升最大值的位置，一般用K。。。来表示；（4）传热恶化发生后的。mi。。本文着重分析讨论后3个问题。

锅炉沸腾管胀管原因分析

某盐厂SHF20／25型锅炉沸腾管，材质为20g，原始管径为51×5mm，在服役5个多月后，发现火焰区管径明显胀大，管壁减薄，据介绍，接触火焰管温度约900～1000℃。胀大后的管径为58mm左右，管壁最薄处约3mm，委托方分别在管径膨胀区和靠近前积箱部位取样（如图示）作机械性能试验和金相组织观察。

垂直下降沸腾管的壁温工况

在3—21.1 MPa的宽广压力范围内,对内径为12mm的垂直下降管内汽水两相流沸腾传热特性进行试验研究,着重分析壁温分布规律及各参数的影响,给出计算传热恶化发生时壁温飞升最大值的经验公式。

垂直沸腾管下降流传热特性研究

本文介绍了利用高压水回路对高压及超高压垂直下降流动沸腾传热恶化现象所进行的试验结果,文中阐述了压力、质量流速,热负荷等因素对壁温飞升和临界干度的影响规律,并提出了一个简洁实用的最大壁温飞升值的计算式和预测临界干度的无量纲准则式,具有一定的工程应用价值。

一起锅炉沸腾管爆管事故原因分析及预防措施

分析了锅炉使用的水质不合格及排污不规范所造成的沸腾管爆管原因。根据存在的问题,采取有效的措施,防止了沸腾管再次发生爆管事故的可能,确保了锅炉的安全经济的运行。

上钠腔设计对大型MOX燃料快堆冷却剂沸腾瞬态的影响研究

钠空泡反应性效应是钠冷快堆核设计和安全分析的重要内容。本文基于多群节块扩散法,采用微扰理论对1000 MWe钠冷快堆具有上钠腔结构的MOX燃料堆芯的总钠空泡反应性、空间分布、物理分项进行计算。基于钠空泡反应性的计算结果,利用中国原子能科学研究院自主开发的钠冷快堆堆芯瞬态分析程序对1000 MWe钠冷快堆进行了无保护失流事故的瞬态分析,分别对具有上钠腔设计的堆芯和无上钠腔结构的堆芯安全性进行了评价。分析结果表明,上钠腔设计大大缓解了钠冷快堆冷却剂沸腾瞬态的事故后果,为钠冷快堆堆芯的安全设计提供了重要参考。

高钙镁钛精矿沸腾氯化制备TiCl_(4)的热力学及动力学

针对高钙镁钛精矿难以满足沸腾氯化制备四氯化钛工艺问题,从热力学和动力学角度对高钙镁钛原料碳热还原—沸腾氯化制备TiCl_(4)工艺进行了深入研究。结果表明:钛精矿高温碳热还原历程为:FeTiO_(3)→TiO_(2)+Fe→Ti_(n)O_(2) n-1(n=4~9)+Fe→Ti_(3)O_(5)+Fe→Ti_(2)O_(3)+Fe→TiC_(x)O_(1-x)+Fe,碳氧钛生成的温度必须高于1400℃,此时钛精矿中的Ca、Mg、Al、Si、Mn等杂质元素在1800℃以内都不会被还原为对应的碳化物;高钙镁钛铁矿精矿碳热还原制备碳氧钛过程中,失重率随温度升高呈现4阶段上升,其中阶段1和3分别为受扩散控制生成金属Fe和碳氧钛的快速失重段,而阶段2和4分别为金属Fe和碳氧钛形核长大的缓慢失重阶段,4个阶段的表观活化能分别为49.84、-2.24、12.82、-2.53 kJ mol。沸腾氯化过程还原产物中的Fe、MgO和CaO均会优先被氯气氯化,但当存在TiO_(2)时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)则不易被氯化,碳氧钛较适宜沸腾氯化的温度为300~650℃,沸腾氯化前5分钟为还原产物中碳氧钛的快速氯化阶段,主要受表面化学反应的控制,而后5~20分钟为Ti_(2)O_(3)的缓慢氯化阶段,主要受颗粒内部扩散控制的影响。

竖直互连小通道内流动沸腾传热强化机理分析

为推动流动沸腾技术在燃料电池散热领域的应用,该文以R141b为工质,对不同流速下的并联直通道及互连小通道内流动沸腾情况进行三维瞬态数值模拟。利用换热系数、基底温度及综合换热因子等参数对比各结构的换热性能,并探究互连小通道的换热强化机理。研究表明:换热趋势随气泡行为呈周期性变化,气泡脱离时的换热效果最佳;由连通口引发的二次流促进热量传递与壁温升高,使通道可提前2 ms满足成核条件,且气泡在10^(-4) m/s以上的二次流速作用下率先脱离;五连通通道的换热系数较并联直通道可提升19.6%~23.3%,继续增加连通口数,换热系数的相对增长率均不足3.5%;涡结构使压降随连通口数增加而增大,且增势并不减弱,八连通通道的压降较并联直通道增加29.5%~42%。可见,二次流在影响气泡行为、强化换热的同时也带来压力损失,综合换热性能与连通口数目不成正相关。

相变腔冷凝现象对沸腾-凝结共存相变传热的影响

针对平板热管均热器内部狭小空间存在着强烈的沸腾与凝结相互作用,以去离子水为工质,可视化实验研究了冷凝面上发生的凝结现象及其对相变腔传热性能的影响。通过分析冷凝面上液滴的形成、长大、汇聚成液膜、滴落,以及气液界面产生气泡随气流运动对冷凝液膜的冲刷作用,揭示了不同热流密度和充液率时相变腔冷凝面传热传质特性对沸腾-凝结共存相变传热影响的内在机理。实验结果表明:受重力影响,水蒸气在冷凝面上凝结有液滴和液膜共存并相互转化的特性,冷凝面热阻在相变腔总热阻中占比65%~88%,适宜的充液率有利于沸腾气泡冲刷冷凝壁面,加快冷凝液的回流,改善冷凝面及相变腔的传热性能;随着热流密度的增大,沸腾过程变得剧烈,冷凝面受沸腾气泡的冲刷频率提高,冷凝液回流速度加快,冷凝面热阻减小,传热性能得到提高。

针状电极作用下相分离结构逆流微细通道流动沸腾传热性能

为研究针状电极与相分离结构强化技术组合作用下微细通道流动沸腾传热性能,该研究提出了一种平行逆流微细通道热沉,针对顺流和逆流微细通道,通过高低压切换实现气相分离。以乙醇为试验工质,改性聚偏二氟乙烯多孔疏液膜(polyvinylidene fluoride,PVDF)作为气液相分离工具,在入口过冷度为10℃,有效热流密度范围为48.08~87.29 kW/m^(2)工况下开展流动沸腾试验,引入饱和沸腾传热系数传热强化因子(Fht)研究不同相分离结构孔数(4孔PSS-1、6孔PSS-2、10孔PSS-3)(phase separation structure,PSS)和不同电场强度(200、400、600 V)组合作用下的微细通道沸腾强化传热特性规律和机理。研究结果表明,在相同工况下,与普通微细通道(无相分离结构0孔PSS-0和无电场)相比,单独相分离结构和单独针状电极作用下微细通道的传热性能均得到有效提高,10孔相分离结构和600 V电场强度分别作用时的最大Fht为1.14和1.20,相分离结构和针状电极组合作用下微细通道传热性能得到进一步提升,10孔和600 V电场强度组合条件下的最大Fht为1.29,结果表明相分离结构和针状电极2种强化技术存在一定的协同效果。研究结果为微尺度复合强化沸腾传热技术提供参考。

相分离结构与电场协同作用下微细通道流动沸腾传热

为研究相分离结构与电场协同作用下微细通道内流动沸腾传热特性,以质量分数为30%的甘油水溶液为试验工质,在入口温度为70℃、质量流率为121.25 kg·m^(-2)·s^(-1)、热流密度为90.31~151.23 k W·m^(-2)的工况下,针对0、800、1 600 V不均匀电场,在截面为2 mm×2 mm的不同相分离结构逆流微细通道内开展流动沸腾试验,研究不同电场和不同相分离结构协同作用下微细通道内局部饱和沸腾传热系数及影响规律,结合可视化结果分析相分离结构与电场协同作用下受限气泡长径比变化以及强化机理。利用平均传热综合性能评价指标评估相分离结构与电场协同作用下微细通道的传热综合性能。结果表明,相较于无电场无相分离结构,相分离结构与电场协同作用下,局部饱和沸腾传热系数和受限气泡单位时间长径比变化比率ζ分别最大提高了61.22%、605.5%;平均传热综合性能评价指标最高可达1.50。

逆流相分离结构微细通道流动沸腾传热与均温性

为探究不同相分离结构参数对强化微细通道流动沸腾传热性能和均温性的影响,加工制作了带有不同相分离结构的平行逆流微细通道试验段,分别为相分离结构(PSS)位置不同的PSS-1(上下游均匀分布)、PSS-2(上下游靠近中部)和PSS-3(上下游靠近两端),其中PSS-1分为A、B、C三种,分别对应4孔、6孔、10孔。以乙醇为试验工质,在有效热通量为17.12~87.25 kW/m^(2)、入口温度为70℃、质量流速为86.11 kg(/m^(2)·s)的工况下,对截面为2 mm×2 mm的矩形微细通道开展流动沸腾试验,并利用高速摄影仪对通道进行可视化研究,通过引入传热强化因子和壁面温度标准差研究了不同相分离结构对强化微细通道传热性能和均温性的影响以及相分离结构在高压通道和低压通道内的强化机制。研究表明,传热强化效果随相分离排气孔数增加而提升,相分离结构位置对传热特性的影响在高压通道和低压通道内有所不同。PSS-1-C微细通道的温度均匀性最好,在热通量为83.11 kW/m^(2)时微细通道平均壁面温度较无相分离相同通道降低了1.9℃,温度标准差降低了14.2%。可视化图像表明,相分离结构在压差作用下能实现气相转移,进而强化传热。

V槽的偏斜度及其分布对微通道流动沸腾特性的影响

运用VOF模型与用户自定义函数,数值模拟水在V槽微通道内的流动沸腾过程,分析V槽的偏斜度及其分布对通道内气泡的生长、脱离及气液两相流流型变化的影响.研究结果表明:V槽偏斜度会影响微气泡的脱离直径和脱离时间;偏斜度为1.0的V槽对应的气泡脱离直径较偏斜度为0和0.5的V槽分别减小0.063、0.025 mm,脱离时间分别缩短5.20、2.40 ms,气液两相流由泡状流向受限气泡流的转变沿流动方向往后推移2.7 mm,且片段环状流占据区间有所减小;对于偏斜度为1.0的V槽,当其沿流动方向的分布不同时,微通道内气液两相流动呈现不同特征,前疏后密的V槽分布能更好地抑制通道内气泡聚并,通道全程未见片段环状流发生,近壁区液膜可以避免受热面局部干涸,提升微通道流动沸腾换热的稳定性和可靠性.

一种多模式清洗层架在减压沸腾清洗消毒机中的设计与应用

减压沸腾清洗消毒机是通过降低清洗液沸点,使清洗槽内的水与清洗液不断在液体和气体进行转换,从而剥离器械表面污渍,达到清洗效果。该机器可同时清洗手术器械、吸引管等不同材质的器具,近几年被越来越多的消毒供应中心采用。但由于该机器清洗消毒后的干燥效果较差,笔者根据普通喷淋式清洗机的器械专用清洗架结构与原理,结合减压沸腾清洗消毒机清洗多种器械器具的特点,设计出一款既能满足多种器械混合清洗,又能保证干燥效果的减压沸腾清洗消毒机专用清洗架,并取得国家实用新型专利(ZL 2021 2 2286828.6),于2023年9月开始使用;效果满意,现介绍如下。

R14和R23及其非共沸混合物在水平管内沸腾换热特性的模拟研究

本文采用数值模拟方法,应用VOF多相流模型及Lee相变模型,研究了R14和R23工质在蒸发温度为208.15K时的管内流动沸腾特性。同时,基于准静态理论提出了一种改进的传热传质模型,并利用该模型预测了非共沸工质R14/R23的流动沸腾特性。结果表明,基于液相组分浓度差的组分相间传质模型获得的模拟数据与实验结果具有较好的一致性。在相同蒸发温度下,纯工质的饱和气相密度对其在管内的流动沸腾换热具有显著影响。对于R14、R23及其非共沸混合物R14/R23,其流动沸腾传热系数随干度的增加均呈近线性增大趋势,且低沸点纯R14工质换热系数的增大趋势最显著,R23次之,R14/R23混合物最小。在相同工况下,混合工质R14/R23(0.5:0.5)的传热系数均小于其纯组分的对流传热系数,分别比R14、R23小30%和20%以上,其根本原因在于混合工质存在组分间传质阻力。

沸腾床渣油加氢裂化装置投产对重油制氢装置的影响

沸腾床渣油加氢裂化装置投产后,将溶剂脱沥青装置的原料由常减压装置洗涤油和减压渣油调整为渣油加氢裂化装置未转化油,作为重油制氢装置原料的脱油沥青性质由此发生变化。对比重油制氢装置原料油性质、主要操作参数、技术经济指标、气化炉运行周期等参数,结果表明,渣油加氢裂化装置投产后,以脱油沥青为原料的重油制氢装置气化炉油气分布更均匀,气化单元有效气含量提高2.12个百分点,有效气产率提高0.20个百分点,碳转化率提高0.18个百分点,氢气产率提高1.21个百分点,吨氢标油能耗下降140 kg,装置各项技术经济指标均有较大幅度提升,气化炉烧嘴运行周期明显延长。

沸腾床渣油加氢裂化装置结焦情况分析与操作优化

分析了沸腾床渣油加氢裂化装置易结焦堵塞的原因,介绍了某炼化公司沸腾床渣油加氢裂化装置易结焦区域和结焦典型症状,从原料、催化剂、反应和分馏工况等方面进行了优化。通过将原料渣油引入脱固油浆减缓结焦,动态调整渣油转化率控制装置结焦:加工中东高硫低氮原油所产渣油时,转化率可控制在75%以上;加工低硫中东原油所产渣油时,转化率控制在不大于70%;加工低硫高氮原油所产渣油时,转化率控制在不大于65%。每吨渣油原料置换新鲜催化剂0.90~0.95 kg,低控减压塔塔底液位(25%~30%),提高塔底物料返混流量以减少沥青质在塔底器壁生焦。优化操作后,常压塔底油总沉积物质量分数稳定小于0.2%,确保了装置在渣油高转化率下的长周期稳定运行。

铜表面-氧化石墨烯纳米涂层池沸腾换热特性实验

石墨烯材料因其优异的导热性能和化学惰性,在核反应堆先进换热设备领域有很大的应用前景。为探索石墨烯材料的强化换热性能,本文采用沸腾沉积法制备氧化石墨烯纳米涂层,开展了氧化石墨烯涂层-去离子水池沸腾换热特性实验。氧化石墨烯纳米流体工质浓度为0.001、0.003、0.005 mg/mL,加热时间控制为1 h和2 h,通过沸腾沉积在裸露铜表面制备6种氧化石墨烯涂层。以此为基础开展池沸腾实验,结果发现氧化石墨烯涂层对池沸腾换热系数的影响很小,但可显著增强池沸腾临界热流密度。从涂层表面润湿性、热导率及形貌结构变化等角度分析了氧化石墨烯涂层对池沸腾换热特性的影响机理。

加热表面材质对核态沸腾换热影响的流-热耦合数值研究

不同材质的加热表面因其热物性参数存在差异,在沸腾过程中会表现出不同的热响应特性,对气泡成核、生长脱离也有一定影响。为深入探究加热表面热物性对单气泡沸腾过程中加热表面热响应与气泡动力学行为之间相互作用的影响机理,基于开源软件OpenFOAM,通过对微液层内传热传质过程进行分析,建立了包含传热、相变和流动的流-热耦合模拟框架。首先对铜、铝和硅表面上不同尺寸的汽化核心进行了单气泡沸腾模拟,结果表明,随着导热性能的提升,加热表面过热度下降,气泡等待周期缩短,同时随着汽化核心尺寸的减小,加热表面热物性对气泡等待周期的影响逐渐减弱。另外,对于覆有石墨烯涂层的铜表面,石墨烯涂层的存在增强了沸腾表面热量的横向扩散,由于基底材料向上传递热量的速度慢,同时加热表面因液层蒸发带走热量多,导致汽化核心处过热度恢复较慢,出现了更低的表面过热度和更长的气泡等待周期。

Zr-4表面特性及冷却剂过冷度 对骤冷沸腾传热的影响

核燃料棒再淹没骤冷沸腾是堆芯失水事故后避免堆芯熔化采取的重要事故缓释措施。本文采用不同粒度砂纸打磨得到不同粗糙度的Zr-4表面,研究了Zr-4表面粗糙度和冷却剂过冷度对骤冷沸腾过程冷却速率及沸腾换热的影响。对所制备的不同表面粗糙度实验段进行了骤冷沸腾可视化实验,同时测量实验段内部温度,通过导热反问题反演得到骤冷过程表面温度及热流密度。结果表明:表面粗糙度对膜态沸腾换热的影响较小,但粗糙度较大的表面更早地触发了表面-液体接触,强化了骤冷沸腾;而粗糙度较小时,粗糙度对骤冷沸腾的影响较小;当粗糙度进一步减小时,由于表面接触角的增大,骤冷沸腾持续的时间增长。此外,随着冷却剂过冷度的增大,膜态沸腾气膜厚度减薄,维持稳定气膜的最小膜态沸腾温度增大,骤冷速率增强。本文为揭示压水堆破口事故燃料棒再淹没过程的流动沸腾换热机理提供一定的理论基础。