超临界流体流动加速效应及其判别式研究进展

为从本质上解释传热恶化现象,对当前流动加速效应及其判别式的研究进展进行了综述。对常规直管内所采用的流动加速判别式及其阈值进行总结,讨论了在分析传热特性时判别式存在的问题,进而探究了非常规管内的流动加速效应。目前,关于流动加速判别式及阀值的选取还未达成共识,当前的流动加速判别式均不能直接应用于非常规管。U形弯头的存在会抑制流动加速效应对传热的影响,而由直管理论推导得到的流动加速判别式不能反映该现象。

不同状态方程对超临界二氧化碳强迫对流传热中流动加速因子的影响

明显的流动加速效应对超临界二氧化碳强迫对流传热有重要影响。流动加速因子是表征流动加速效应强度的重要无量纲数,在建立流动加速因子过程中需要用到二氧化碳状态方程。理论分析了选取理想气体状态方程和van der Waals方程对建立的流动加速因子合理性的影响,并结合实验数据进行了评估。结果表明,基于vanderWaals方程建立的流动加速因子可以较好地预测流动加速效应引起的传热恶化区域,而基于理想气体状态方程建立的流动加速因子与实验结果存在较大偏差。分析表明体积膨胀系数和体积压缩系数反映了流动加速现象的本质,以体积膨胀系数和体积压缩系数来建立流动加速因子更合理。

竖直圆管内超临界流体混合对流传热特性理论分析

理论推导了变密度引起的浮升力效应和流动加速效应对超临界流体混合对流传热特性的影响。结果表明,浮升力效应和流动加速效应通过改变壁面边界层外缘的切应力影响湍流对传热传质的贡献,进而改变超临界流体混合对流传热特性。浮升力效应通常在加热区域入口及上游区域表现明显,而流动加速效应在主流区流体温度达到拟临界温度时更显著。与实验研究结果对比发现,新建立的浮升力因子和流动加速因子可较好地预测竖直圆管内超临界流体混合对流条件下拟临界区域的局部传热特性。

竖直圆管内超临界二氧化碳强迫对流传热实验研究

为分析超临界二氧化碳强迫对流传热特性,开展竖直圆管内超临界二氧化碳强迫对流传热特性实验研究。实验结果表明:实验参数范围内存在明显的浮升力效应和流动加速效应;对于向上流动工况,随浮升力效应增强超临界二氧化碳从强迫对流传热过渡至混合对流传热,最后发展为自然对流传热,传热能力有弱化到逐渐恢复直至强化;对于向上流和向下流动工况,流动加速效应皆弱化传热。基于实验数据建立新的超临界流体传热关联式,在实验工况范围内95.03%的预测值与实验值偏差为±30%以内。