高温熔盐在层流区的传热特性

高温熔盐在熔盐堆和太阳能储能等领域有广泛的应用前景,为研究熔盐堆乏燃料后处理的氟化挥发过程中熔盐的传热特性,本文基于三元硝酸盐与导热油的对流传热实验装置,对熔盐在层流区的传热特性进行了研究。根据实验数据对努塞尔数Nu计算关联式进行了评价,并在Sieder-Tate关联式基础上,利用实验数据进行拟合得到了新的计算关联式。通过Fluent6.3平台对新Nu关联式进行验算。与换热器内的温度场分布对比,发现新Nu计算关联式能较准确地预测熔盐在层流区的传热特性。

熔盐圆管内湍流对流换热实验研究

本文依托高温熔盐(High Temperature Salt,HTS)热工实验回路开展了硝酸盐(KNO3-53%,NaNO2-40%,NaNO3-7%)熔盐圆管内的强迫对流换热特性研究,通过威尔逊修正法获得了熔盐在圆管内充分发展湍流的对流换热系数,将实验结果与公开文献中的5种熔盐的实验结果合并后拟合,获得10 000<Re<50 000和4<Pr<26范围下适用于高温熔盐工质的管内充分发展湍流的实验关联式。另外,为验证熔盐的换热特性是否仍然符合经典关联式的换热规律,将不同种类熔盐工质与经典关联式Dittus-Boelter关联式、Sieder-Tate关联式、Hausen关联式以及Gnielinski关联式进行比较分析,实验结果与经典关联式符合得较好,偏差在25%以内。

熔盐基纳米流体管内流动换热特性模拟

为研究Al2O3-HITEC熔盐基纳米流体在恒热流加热管内流动换热特性,采用计算流体力学的研究方法,利用单相流热扩散模型进行了数值模拟。分析了不同质量分数的纳米颗粒对熔盐换热性能的影响,并从流体热物性的角度探讨了换热性能改变的原因。对比结果说明热扩散模型可以用于模拟熔盐基纳米流体管内流动换热。模拟结果表明:与纯熔盐管内温度分布相比,采用纳米流体降低了管内温度,且质量分数为0.063%时温度降低最明显;4个截面处的温度分布表明在壁面热流的作用下,熔盐和熔盐基纳米流体的温度沿径向升高,而熔盐基纳米流体的温度比纯熔盐低,说明纳米流体吸收和带走了更多的能量;与纯熔盐相比,熔盐基纳米流体的换热性能提高了,证明了添加纳米颗粒具有强化熔盐换热的效果,但强化效果并非随纳米颗粒的浓度增大而线性变化,而是0.063%(质量分数)的纳米流体换热强化程度最大,其在充分发展区换热系数比纯熔盐提高了6.5%。最后通过分析熔盐与熔盐基纳米流体物性变化,发现了比热容的剧烈变化是导致换热性能变化的主要原因。

不同燃料球排布方式下熔盐堆堆芯流动和换热特性研究

固态燃料熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF)的堆芯是由燃料石墨球随机堆积而成的,在分析中建立随机堆积的小球模型存在较大困难和不确定性,通常假设为规则的排布方式。利用计算流体力学分析程序,选取了面心立方和体心立方两种规则的小球排布方式进行建模,分析不同排布方式下堆芯流动和换热的特性。结果表明,面心立方排布下的流线呈现出周期性弯曲,小球中心最高温度为1 153 K,总压降为1 323 Pa,体心立方排布下的流线大体呈直线,小球中心最高温度为1 155 K,总压降为574 Pa,面心立方排布的流动压降明显大于体心立方排布。对于单个中间小球,面心立方排布的小球表面温度分布更均匀,热点温度更低,但熔盐从燃料球底部流动到顶部的压降更大。

熔盐单罐释热过程换热器取热方式优选

盘管释热换热器浸没式布置在熔盐单罐蓄热器内可实现低成本的蓄放热。盘管换热器取热方式会直接影响系统的释热性能。通过数值模拟研究了换热器取热方式对单罐蓄热系统释热性能规律的影响,同时分析了释热过程中熔盐侧流场变化。结果表明,换热器上进下出的取热方式能够提高盘管换热器的出口温度、单罐释热功率及释热效率,研究结果为熔盐单罐蓄放热系统设计提供了理论依据。

熔盐换热器流动传热性能实验系统

熔盐换热器是熔盐传热系统关键设备,其性能优劣影响到系统的安全性与经济性,因此搭建了熔盐换热器性能实验系统。详细介绍了系统的结构及实验原理,并分析实验系统的不确定度,指出了提高熔盐出进口温差是减小系统不确定度的有效方法。对一台管壳式试件进行了熔盐与氦气的传热实验。利用修正的威尔逊法分离了熔盐管程(4800<Re<12000,9.8<Pr<18.9)以及氦气壳程(1000<Re<2000,Pr=0.67)的流动传热实验数据,并与文献结果进行了对比,实验结果与文献吻合良好,验证了系统的可靠性。热阻分析结果表明,熔盐热阻约为管壁热阻的4~5倍,气体热阻约为管壁热阻的46~70倍,气体传热热阻是制约熔盐—气体换热器性能的最主要因素。

高熔点熔盐管内传热性能实验分析

搭建试验台研究高熔点熔盐在水平圆管的紊流传热特性,并分析圆管内局部传热规律。该试验雷诺数范围在(1.0~3.6)×10~4之间,普朗克数在4.75~8.00之间,根据实验数据并参考经典实验关联式,采用多元线性拟合熔盐平均传热努塞尔数实验关联式,其最大拟合误差为±10%;并将实验值与经典圆管紊流传热关联式以及低熔点熔盐传热实验关联式的计算值比较。结果表明:在工程允许范围内,部分经典对流传热关联式可描述熔盐管内传热特性;而低熔点熔盐传热实验关联式不适用于高熔点熔盐传热特性。

熔融盐–空气直接接触换热特性实验研究

熔融盐作为一种高性能低价格的储能材料被广泛用于太阳能热发电等诸多领域,将空气与熔融盐直接接触换热可大大提高换热效率。实验设计了熔融盐-空气直接接触换热系统,分析流动的空气在熔融态硝酸盐中的换热特性,并用摄像机进行了可视化研究。结果表明:空气与熔融盐在气体分布器上方5mm内基本完成换热。体积换热系数随表观气速从0.04m/s增加到0.22m/s而逐渐增大,随静液位高度从10 cm增加到40 cm而逐渐减小。气含率随表观气速的增大而减小;随静液位高度的升高而增大。但气含率的增长速率随表观气速的增加而减小。随表观气速的增加,自由液面波动加剧,熔融盐透光性增强。3种表观气速(0.15、0.18、0.22m/s)下气泡尺寸均集中于1mm左右,最大气泡尺寸为4~5mm。基于多元线性回归方法拟合得到体积努塞尔数经验关联式。

盐浴结构焦炉上升管换热器的传热特性

通过数值模拟及实际动态试验,研究了盐浴结构焦炉上升管换热器内的温度场和荒煤气流场,得到了换热器内温度和荒煤气速度的变化规律。研究结果表明,上升管换热器内荒煤气的流动处于层流入口段状态;沿上升管换热器径向,荒煤气温度在内筒壁及其扩展的直翅片附近迅速下降,在中心处的变化较小;直翅片的温度场呈现下部高、上部低、翅顶高、翅根低的趋势;整个炼焦周期内,上升管换热器的内筒壁温可控,可避免荒煤气中焦油蒸气的大量凝结。

熔盐与汽液两相流传热特性实验研究

熔盐蒸汽发生器是塔式太阳能热发电站中最为重要的能量转换设备,以太阳盐(质量分数60%NaNO_(3)+40%KNO_(3)混合二元盐,solar salt)为传热工质,实验研究熔盐与汽液两相流在蒸汽发生器中的传热特性。基于实验数据,分析熔盐入口温度及流速、水侧压力及流速等参数对熔盐传热系数的影响规律,并给出熔盐在蒸汽发生器中的传热实验关联式,其最大偏差为±20%。

熔盐横向冲刷管内汽-液两相流传热特性实验研究

以太阳盐为工质,实验研究熔盐横向冲刷管内汽-液两相流的传热特性。分析熔盐质量流速、熔盐入口温度、水侧压力、水侧质量流速、水侧干度对熔盐与汽-液两相流的传热特性的影响规律。实验结果发现熔盐入口温度及水侧干度对熔盐蒸汽发生器的性能影响较大。

低流速工况下熔盐冷却球床流动传热的数值模拟

球床式熔盐反应堆采用熔盐冷却球床式堆芯。低流速条件下燃料球床内的熔盐流动传热特性对反应堆的设计、运行及安全分析具有重要意义。本文利用计算流体力学(CFD)方法模拟了低流速工况下的规则排布球床内熔盐的流动传热特性。计算发现,在相邻A层(或B层)之间存在流动滞止区,该区域内流体温度与燃料球表面温度均高于贯穿球床上下的低阻力区域。最后,本文基于CFD计算结果评估并修正了用于球床的Wakao传热关系式。

管壳式熔盐换热器折流板开孔数值分析

从熔盐传热系统排盐作业的应用出发,对换热器壳程进行数值模拟研究,分析了折流板上开排盐孔对换热器壳程流动和传热特性的影响。结果表明:折流板排盐孔会在换热器壳程引入一泄漏流路;在壳程流体湍流强度较高工况下,排盐孔泄漏流路导致的换热器壳程压降下降率α大于传热系数下降率β;低流量工况下,壳程流体湍流强度低,排盐孔泄漏流路的分流作用会大幅降低换热器壳程传热系数,传热恶化。最后基于流路分析法,提出了排盐孔泄漏流路所引入的压降修正项△P_(H)。

熔盐横掠管束传热特性实验研究

熔盐换热器是塔式太阳能热电站中的重要换热设备之一,以太阳盐(60%NaNO_(3)-40%KNO_(3))为工质,塔式太阳能光热发电参数为实验工况,研究高温熔盐横掠管外的传热特性,分析熔盐进口温度、熔盐流量和水侧流量和水侧压力等因素对熔盐传热特性的影响。实验结果表明:当水侧为单相时,熔盐传热系数随着管壳两侧的质量流速的增大而增大,随着水侧压力的升高而降低,随熔盐入口温度的升高而增大;根据实验数据采用多元线性拟合熔盐与单相水的传热实验关联式,其最大拟合误差为±10%。

磁场作用下熔盐管内流动传热特性的数值研究

本文基于磁流体动力学模型,通过数值模拟的方法,研究了垂直外部磁场对熔盐在绝缘管内流动传热特性的影响,考察了速度、湍流强度和Nu等参数随磁场变化的关系。结果表明,磁场作用会使流动分布出现各向异性,导致湍流度和主流速度降低,垂直于磁场方向的Hartmann层的速度及湍流度提高,随着磁场强度增大,这种趋势更明显。在均匀磁场和正梯度磁场作用下,管壁平均Nu数有所提高,而逆梯度磁场作用下的管壁平均Nu数有所减弱。