一种泡沫金属通道两相压降新型关联式

泡沫金属填充于换热器通道内能有效提高换热器两相传热性能,具有较好的应用前景,伹要求对泡沫金属通道内两相压降能够进行准确的预测,以满足工程应用中设备和系统的设计要求。本文使用了6篇文献的泡沫金属通道内两相压降实验数据,实验条件包括:泡沫金属PPI为5~40,孔隙率为0.87~95;通道水力直径为4.36~13.8 mm;质流密度为0~350 kg/(m^(2)·s);干度为0~0.8。分析了两相流因子和Lockhart-Martinelli参数的分布规律,发现两相流因子随泡沫金属孔径与通道水力直径之比减小而增大,随干度的增大而增大;当径比从0.179变为0.31时,两相流因子提升了1.37~1.52倍;当干度从0变为0.8时,两相流因子最大提升了3.41倍。同时基于Lockhart-Martinelli关联式开发了一种新型泡沫金属通道两相压降预测关联式,结果表明:新的关联式的预测值与实验数据的绝对平均误差为22%,该关联式能准确预测泡沫金属通道的两相压降。

亚临界压力下二氧化碳传热特性及临界热流密度预测模型研究

二氧化碳(CO_(2))布雷顿循环系统有着紧凑、高效、灵活的特点在第三代光热系统和第四代核电系统中具有良好的应用前景,而CO_(2)传热恶化现象影响着机组的安全运行。为研究竖直上升管内CO_(2)的传热恶化现象,在实验室建立了CO_(2)传热特性系统,对比了亚临界与超临界状态下CO_(2)传热特性,获得了热工参数对CO_(2)传热恶化的影响规律,并建立了CO_(2)临界热流密度预测关联,预测值与实验值吻合良好,误差在±30%以内。研究结果表明:亚临界压力下,CO_(2)发生传热恶化时壁温峰值更高;远离临界压力,增加质量流量均有利于抑制传热恶化的发生。

管输原油饱和蒸气压实验测定与模拟预测

管输原油饱和蒸气压是实现对原油进行有效运输的重要基础参数。采用参比法测定了我国某油田5个管输原油样品在37.8℃、45.0℃、50.0℃、55.0℃和60.0℃下的饱和蒸气压。实验结果表明,随着温度升高,原油饱和蒸气压快速上升。当温度从37.8℃升高到60.0℃时,原油饱和蒸气压的增幅都大于80%。进一步的分析表明,除温度外,原油中C7~C15的组分含量是影响管输原油饱和蒸气压的重要因素,这些组分总含量的增加会在一定程度上降低管输原油的饱和蒸气压。在此基础上,针对目标油田管输原油,建立了综合考虑温度、原油基础物性的饱和蒸气压预测关联式。模拟值与实验值吻合良好。

逆流型急冷塔内温度场分析及其结构参数优化

定义温度均匀性指标Tu=1-r(r为塔截面温差绝对值与其平均温度的比值)对急冷塔内温度场进行分析,基于此指标,对不同操作条件的塔体结构进行了优化计算。优化计算时,首先认为塔体截面温度范围处于0.95T~1.05T区间时(T为热平衡出口温度)已基本实现冷却目的,并取满足该温度均匀性要求的最小塔高为有效高度;然后在每种工况下取多组塔径进行计算,寻求各自的有效高度,并以内壁表面积最小为最优解;由此获得了不同操作条件下优化后的塔体结构参数表及其预测关联式。结果表明,最优塔径与内壁表面积随着喷枪的气液压力比增大而减小,呈单调递减趋势。

螺旋叶片转子强化传热机理分析

以螺旋叶片转子为研究对象,对转子的强化换热机理进行理论分析,提出螺旋叶片转子3种强化传热机理,包括截面收缩效应强化、螺旋流动效应强化以及二次流效应强化。采用理论推导的方法,建立湍流区内Nusselt数预测关联式以及压力降预测关联式,从而预测转子几何参数等对转子强化传热特性及阻力特性的影响。同时,将关联式预测结果与对应的强化传热实验结果进行对比,对比结果表明:推导得出的Nusselt数预测关联式计算值与实验得到的Nusselt数之间的最大偏差为7.4%,阻力系数的预测关联式计算值与其实验值之间的最大偏差为10.1%。

气体通过堆叠筛板填料的压降特性研究

单一气相通过堆叠筛板填料的压降是研究气液两相并流通过筛板填料压降的基础。文章对气体通过不同规格堆叠筛板填料的压降进行了系统的测试,并利用Realizable k-ε模型进行了数值模拟,揭示了气相流量、筛板开孔率、相对板厚、填料板间距等因素对气体压降的影响。结果表明:气相流量与筛板开孔率是压降的2个主要影响因素,压降随气量的增大而增大,随开孔率的增大而减小;受锐缘效应影响,随着相对板厚的增加,阻力系数逐渐减小;流体通过筛板后会冲击下层筛板,使得压降阻力系数随填料板间距的减小而增大。在此基础上,综合实验与模拟结果获得了气体通过堆叠筛板填料的阻力系数预测公式。

水平微肋管内有机工质R245fa的沸腾换热性能

为增强有机朗肯循环发电系统中蒸发器的传热能力,对水平微肋管内新型有机工质R245fa的沸腾换热性能进行实验研究。研究结果表明:R245fa沸腾换热系数随质量流速增大而提高,随饱和温度和热流密度增大而减小;随着干度增大,沸腾换热系数先增大后降低,存在1个临界干度;在实验条件下,临界干度约为0.4,并与实验工况有关;超过临界干度时,质量流速对R245fa沸腾换热系数的强化作用增大,而饱和温度对沸腾换热的抑制作用增大;在4种常用关联式中,KANDLIKAR关联式对R245fa沸腾换热性能的预测较精确,预测值与91.6%的实验值偏差在±25%以内,绝对平均偏差为11.2%,能满足工程设计要求。

不同形状微肋阵换热特性数值分析

微机电系统的工作温度是限制其发展的因素之一,微通道热沉是被广泛应用于解决其散热问题的装置。针对该问题,建立了几何模型和数学模型并进行了数值计算;同时,对模型的准确性进行了验证。通过对不同热流密度和质量流速的数值计算,分析了微通道热沉的换热特性,对不同的肋片进行了综合评价,并提出了一种新的沸腾传热系数预测关联式。结果表明:相同工况下,沸腾传热系数随质量流速的增大而增大,随热流密度和肋间距的增大而减小;不同形状肋片在改变工况时沸腾传热系数的变化幅度不同;沿热沉方向肋间距为1.2 mm的圆形肋片综合性能最好;新的沸腾传热系数预测关联式的最大误差约为9.71%,具有一定的预测性。

R290在小管径水平微肋管内凝结换热实验研究

实验研究水平微肋管内R290的两相流凝结换热特性,在内径为4.3 mm,长度为900 mm的铜管内,测得R290在质流密度180-300 kg/(m^2·s)、饱和温度40-55℃、热流密度3-10 kW/m^2以及干度0.9-0.1范围内的凝结换热系数;分析了质流密度、饱和温度、热流密度以及干度对R290凝结换热性能的影响。结果发现:凝结换热系数随质流密度、热流密度的增大而增加,随饱和温度的升高而减小;随着R290的凝结液化,干度减小,其凝结换热系数也随之减小,仅在热流密度过大时出现先增后减现象。并分别采用4种经典的凝结换热关联式预测R290的凝结换热系数,对比实验结果得出Chang等和Yu等的预测精度比较高。

超临界二氧化碳垂直管内传热恶化数值模拟研究

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环燃煤发电系统中,炉膛内水冷壁管内S-CO_(2)传热恶化行为,对该系统的设计建造与安全运行具有重要意义。建立S-CO_(2)垂直上升管流动传热过程数值模型,开展S-CO_(2)在垂直上升管流动及传热行为的数值模拟研究,分析了压力、质量流量、热通量和管径以及由物性变化引起的浮升力效应与流动加速效应等因素对传热特性的影响。结果表明:对于垂直上升管内加热条件下的S-CO_(2),提高其压力与质量流量有利于降低传热恶化程度。而提高热通量与管径则会加剧传热恶化。此外,在S-CO_(2)垂直上升管内,存在明显的浮升力效应,导致发生传热恶化现象,而流动加速效应对传热的影响可以忽略。最后,在内径为4~10 mm、压力为11.07~22.14 MPa、质量流量为0~1200 kg/(m^(2)·s)、热通量为0~200 kW/m^(2)的宽范围工况下,建立深度神经网络模型(DNN),提出了临界热通量预测关联式,其预测精度可提升至94.96%。

气液两相并流向下通过筛板孔口单元的压降特性

针对堆叠筛板填料的基本单元,采用12种不同规格的孔板,研究了气液两相并流向下通过孔口的压降特性,阐明了气液流量、孔板结构对压降的影响规律。结果表明:压降随气液流量的增加而增大;随孔径的增大而减小;在筛板常用厚度范围内,孔口锐缘效应使得压降随板厚减小而增大。根据孔口压降行为不同,以气相雷诺数Re_G=5000分界,建立了单一气相向下通过孔口的压降预测关联式;然后利用气相折算因子对关联式进行修正,得到了Re_G>5000时气液并流向下通过孔口的压降预测关联式;当Re_G<5000时,通过直接对单一气相阻力系数进行修正,得到了相应气相雷诺数范围内的气液两相压降预测关联式。

横向气流对空心锥形喷雾液滴群的夹带特性

空心锥形喷雾与横向气流的掺混是强化气液掺混的一种重要方式,目前对这一过程尚缺乏深入研究。为了研究横向气流对空心锥形喷雾射流液滴群的夹带特性,采用PIV可视化技术对掺混流场进行测量。结果表明:空心锥形喷雾与横流的相互作用在气流流向方向上诱导出现明显的剪切层及不稳定涡结构,对雾化液滴的扩散产生重要影响并引起液滴在剪切层区域的富集。在分析横流雷诺数、喷雾液滴雷诺数与液滴数流率对掺混流场剪切层结构影响规律的基础上,基于量纲分析和回归分析方法,建立了空心锥形喷雾与横向气流掺混流场中剪切层轨迹线的无量纲预测关联式。

水平微肋管内R245fa沸腾换热及压降的实验研究（英文）

本文对R245fa在7 mm水平微肋管内的沸腾传热特性和摩擦压降特性进行了实验研究.结果表明,在流动沸腾传热特性方面,沸腾传热系数(HTC)随着R245fa质量速度的增加而增大,随着饱和温度和热流密度的增加而减小.随着干度的增加,HTC存在最大值,对应的干度约为0.4,其值随工作条件的变化而变化.当干度大于过渡点时,较高的质量速度或较低的饱和温度下可以显著增加HTC.在所选四个关联式中,KANDLIKAR的预测值与91.6%实验值的偏差在±25%以内,绝对平均误差为11.2%.此外,关于流动沸腾的摩擦压降特性,本研究结果表明,摩擦压降随着R245fa的质量速度和热流密度的增加而增加,随着饱和温度的升高而减小.在四种常用的关联式中,MULLER-STEINHAGEN-HECK对R245fa摩擦压降值的预测最准确,预测值与84.1%的实验值偏差在±20%以内,绝对平均误差为10.1%.

喷动床最小喷动速度的计算颗粒流体力学数值模拟

为了进一步研究喷动床的操作参数和结构参数对最小喷动速度Ums的影响,以及建立最小喷动速度的预测关联式,课题组建立了二维喷动床数理模型,床的高度为800 mm、宽度为200 mm和厚度为20 mm,喷动气入口底部是夹角为60°的V形结构。采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法模拟计算了5种颗粒在3种喷口宽度和在不同静止床高时最小喷动速度变化情况。结果表明:喷动床的结构参数和操作参数对最小喷动速度有着极大的影响,最小喷动速度随着静止床高和颗粒粒径增大而增大,而随着喷口宽度的增大而减小;综合所有数据进行多因素影响回归,得到了新的最小喷动速度预测关联式。研究结果对于喷动床实际操作条件的确定和工艺设计提供了借鉴。

水平圆管内R1234yf流动冷凝传热特性研究

为了将低GWP制冷剂应用于客车空调,对R1234yf在5 mm水平光滑管内的流动冷凝传热特性进行了实验研究。实验研究工况为饱和温度30℃和40℃,平均干度0.1—0.96,质量流速100—600 kg/(m^(2)·s)。研究结果表明:R1234yf管内传热系数在低质量流速[<200 kg/(m^(2)·s)]下受干度和流速的影响不明显,随着流速的增大逐渐依赖蒸汽流速和干度,这表明管内主要传热机制由受温差较大影响的自然对流过渡至受流速影响较大的强制对流,引入了等效雷诺数Re_(eq)来划分这2种传热机制。饱和温度为30℃时,相同工况下R1234yf传热系数比R134a低3.7%—14.3%。对Cavallini和Bashar 2种关联式预测的传热系数与实验值进行了对比,Bashar关联式表现出较好的预测效果,平均绝对偏差为14%。

气-液两相并流下行通过孔口的流型及预测

针对气-液两相并流向下通过筛板孔口的接触模式,以建立液相分散条件为目标,分别以空气-水、空气-甘油水溶液为体系,在不同孔口结构下,对气-液两相并流向下通过孔口的流动进行实验,考察了气-液流量、孔径、板厚以及液相运动粘度对分散流产生的影响。结果表明:气-液流量越大、孔径越小、相对板厚越小、液相运动粘度越大均会使分散流越容易产生;基于分析结果,建立了分散流转换边界预测关联式。这些流型图和预测公式均有助于预估气-液两相并流通过孔口的分散流起始点,对有气-液两相并流向下通过孔口的系统的操作与优化设计来说都具有非常重要的参考价值。

喷动流化床最大喷动压降的多因素影响与关联

基于截面200 mm×20 mm,高1600 mm,锥角60°的矩形喷动流化床,以二组分混合颗粒、单一组分球形颗粒及非球形颗粒为物料进行最大喷动压降的实验研究。结果表明,最大喷动压降随静止床高、颗粒密度、颗粒球形度及二组分混合颗粒体系中沉积组分分率增加而增大,随流化气速增大而减小;增大颗粒粒径或喷口宽度,呈现先减小后增大趋势,存在极小值;对于非球形颗粒及混合颗粒,其床层总压降随表观喷动气速变化的规律与单一组分球形颗粒相同,但相同条件下的前者压降波动幅度大于后者。以实验测量的854组数据为基础,结合量纲分析法建立了最大喷动压降预测关联式,与测量值及文献实验数据吻合较好。

微型通道内Taylor流动的计算机模拟

随着计算机技术的快速发展,数值模拟已经成为研究分析复杂问题的重要方法,数值模拟可以打破实验手段的限制,对需要研究的参数进行更改以得到结果。由于尺度的微型化,微型通道内流体流动的实验研究受到巨大限制,本文采用计算机FLUENT模拟软件对微通道内气液两相的Taylor流动进行模拟,模拟结果与已有实验结果进行对比,验证了模型的准确性。随后改变模拟参数,得到不同因素对Taylor流动的影响结果,利用模拟计算结果拟合出预测Taylor流动过程中气泡和液柱的长度的关联式,计算机模拟比实验手段在时间和经济性方面显示出巨大优势,同时避免了常规实验操作的人为失误及不可见误差,为后续模拟计算微型通道内以及微型反应器内流体流动及传质情况奠定了基础。

CO2单管池沸腾换热实验研究

在CO2跨临界水-水热泵试验台添加池沸腾实验段,进行CO2单管池沸腾换热实验,用威尔逊分析法对实验数据进行处理。研究表明:CO2池沸腾换热效果优于管内沸腾换热效果;同时,结合实验数据,拟合在饱和压力3.2和3.4MPa下的CO2池沸腾换热系数与热流密度和对比压力之间的关联式。