超临界工况下水在换热表面传热特性研究进展

对于超临界水传热特性的研究,自21世纪初以来呈快速增长的态势发展.该文总结了近年来国内外学者对于超临界水换热性能的研究,系统分析了浮升力、壁面热流密度、质量流速、压力等因素对其流动换热特性的影响.众多结果表明:浮升效应引起的剪切应力和径向流速的变化会导致传热恶化;通过减小热流密度,提高质量流速能有效改善传热.目前研究中给出了超临界水一般传热关系式,但其适用精度还需进一步提升.

竖直螺旋管中超临界RP-3航空煤油换热数值研究

针对空-油换热器的冷却换热问题,开展了竖直螺旋管中超临界RP-3航空煤油换热的数值研究。探究了不同运行参数和结构参数下的换热特性和换热机理,包括沿流动方向的平均换热情况和沿管道周向的局部换热情况。考察管截面温度和二次流的分布情况,通过流速和湍动能径向差别阐述了离心力对换热的作用机制,基于误差分析得到合理的换热关联式。结果表明:管下游表现为强化换热机制,低压力下还观察到局部传热恶化问题;离心力导致流体域温度横向异常分层,边界层厚度周向不均匀,管截面出现二次流;管外侧流速和湍动能高,换热显著优于管内侧;提高运行压力、降低热质比、增大绕径、增大螺距均抑制离心力作用,致使二次流强度减弱;Merkel换热公式可以较好实现螺旋管内航空煤油的换热预测。

基于类沸腾理论的超临界CO_(2)水平管内强制对流传热特性

该文开展超临界二氧化碳10mm水平圆管内强制对流传热的实验研究,实验参数范围为:质量流速为240.12~1020.34kg/m^(2) s;热流密度为30.24~352.64kW/m^(2);压力为7.542~15.427MPa。基于类沸腾理论解释了实验结果:用类液相雷诺数的大小表征类液相层流效应的强弱,解释传热系数随热流密度的非单调性变化,为超临界流体正常传热与传热恶化划分了边界;用弗劳德数解释类两相区内顶底壁面的传热差异,工质在类气类液区的传热符合单相工质特征。研究结果验证了类沸腾理论模型的实用价值,可为超临界流体传热提供新的研究思路。

太行山东坡焚风的数值模拟

根据太行山区多年的气候统计资料，分析了太行山区焚风的气候特征，并利用数值模式模拟了地形的热力强迫效应和动力影响机制对焚风形成和发展的影响。模拟结果清楚地再现了太行山焚风的气候特征，并揭示出焚风的决定性影响因子及下垫面热力强迫过程的修正作用，指出太行山东坡陡峭的阶梯状下沉地形强迫引起的过山气流，从次临界向超临界状态转换是焚风形成的根本原因。下垫面加热过程削弱了焚风的强度。

U形圆管中超临界压力RP-3航空煤油换热数值研究

基于航空发动机空-油换热器的冷却换热问题,开展了竖直U形圆管内超临界压力RP-3航空煤油换热的数值研究。探究了进口竖直段、弯管段、出口竖直段的换热特征和换热机理,阐述了运行压力和热质比对换热的影响机制。结果表明:进口竖直段呈现均匀换热的特征。弯管段离心力作用致使流体温度出现异常分层,周向密度不均匀,横向不平衡动能诱发强二次流问题,最大二次流速度达到0.45 m·s-1。固体热传导过程也受到影响,出现固体温度异常分层。两者综合作用下导致管壁温度和热通量的周向差别。出口竖直段的周向换热差别依然存在,二次流被削弱。提高运行压力或降低热质比,管截面热物性变化趋缓,周向换热差别减弱。

翼型印刷电路板式换热器内流动与换热特性

为了探究翼型印刷电路板式换热器(PCHE)内流动与换热特性,采用数值模拟方法,以S-CO_(2)为工质,针对S-CO_(2)布雷顿循环燃煤系统中的高温回热器,研究了质量流量、进口温度和出口压力对PCHE流动和换热特性的影响,分析压降、范宁摩擦因子、努塞尔数及综合换热性能评价指标的变化规律,提出S-CO_(2)在翼型PCHE中新的流动和传热关联式.结果表明:冷流体质量流量从1.27 g/s提高到10.20 g/s,PCHE综合性能提升4.6倍;在冷流体进口流量为6.36 g/s时,热流体压降已经达到进口压力的2%;在相应温度变化范围内,温度对范宁摩擦因子f的影响在6%以内,冷流体进口温度提高40 K后,冷流体综合性能提高22%;采用9.5 MPa热流体出口压力时,可以在保持换热器性能的同时减少20%的压力损失.