单个微小通道中液氮流动沸腾换热实验研究（英文）

目的:面向液体火箭发动机再生冷却,针对较高亚临界压力下单个垂直微小通道中液氮的流动沸腾传热特性开展实验研究,讨论并分析热流密度、密流和入口压力对沸腾曲线和局部换热系数的影响,以获得液氮在微小通道中较高亚临界压力下的流动沸腾传热机理及实验关系式。创新点:1.通过工况参数对沸腾曲线和局部换热系数的影响分析,得到液氮在微小通道中较高亚临界压力下的流动沸腾传热机理;2.提出微小通道中较高亚临界压力下的流动沸腾传热修正关系式。方法:1.通过实验方法,得到液氮在微小通道中较高亚临界压力下的沸腾曲线和局部换热系数;2.通过实验与理论分析相结合,得到液氮在微小通道中较高亚临界压力下的流动沸腾传热机理;3.通过理论分析,将实验结果与六种预测关系式进行比较,并根据实验数据提出一种改进的实验关系式(表7)。结论:1.热流密度对换热系数有较大影响,随着热流密度的增大,出现了三种变化趋势;2.在实验范围内,密流的增大抑制了核态沸腾,并且降低了环状流的局部换热系数;3.入口压力的增大在较大干度范围内增大了局部换热系数,直到局部蒸干的出现;4.综合考虑核态沸腾和局部蒸干两种主导传热机理,在Tran关系式的基础上提出了一种适用于较高亚临界压力条件下微小通道中液氮流动沸腾的修正实验关系式(平均绝对误差为19.3%)。     

钻井过程井筒温度动态特性研究及影响因素分析

井筒温度和传热分布对于井筒压力控制、泥浆性质、井壁稳定以及钻井工具特性有重要的影响.因此准确的预测井筒温度动态特性对于安全高效钻井有着重要意义.在前人研究基础上,基于井筒动态机理模型研究了井底和环空出口处钻井液温度随时间变化规律以及分析了当入口钻井液流速、比热等参数变化时,井底和环空出口钻井液温度变化趋势.研究表明在循环过程中,井底和环空出口温度逐步达到稳定值,当钻井液入口流量增大时,井底温度达到稳定值时间减小,井底温度几乎保持不变;降低钻井液入口比热容,井底温度达到稳定值时间增加,井底温度降低.     

不同边界条件下交叉三角形波纹流道传热与流动的数据处理

为准确量化交叉三角形波纹流道的强化传热性能,除了需要进行数值模拟,还需要对所获得的数据进行正确计算处理.针对两种构造不同的交叉三角形波纹流道A和流道B,在模拟时选取不同的壁面给热条件,将恒热流密度壁面与等效恒温壁面的数值模拟结果进行了对比,并借助合适的数据处理方法,得到各自条件下的平均摩擦系数fL和平均努塞尔数NuL.结果表明,高热流密度时流道B的传热强化明显,低热流密度时流道A的传热减弱明显.对任何一类流道而言,边界给热条件的变化对流动摩擦阻力影响很小,但流道内的流动和传热之间其实是具有复杂的相互关联性的.     

发动机燃烧室内壁材料热环境的气动热试验模拟技术研究

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟了发动机燃烧室内流和高超声速飞行器外壁面外流热环境,进行了平板表面冷壁热流测量和燃烧室内壁材料考核试验。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个典型来流条件下,发动机燃烧室内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的高出21%和40%,但是冷壁热流的增量基本相当,约为0.70~0.80MW/m²。随着冷壁热流的增加,辐射换热产生的热流增量的影响力会逐渐减小。材料考核时,相同配方的C/SiC复合材料在内流热环境下的表面温度高出约400℃,背面温度高出约90℃,这种差异对于发动机燃烧室内壁面材料考核至关重要,必须在材料考核试验中加以考虑。      

冷却剂参数对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

采用有限体积流固耦合计算方法、非线性有限元热结构耦合分析方法和局部应变法研究大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构变形与低周疲劳寿命,并对比分析了冷却剂质量流量与入口温度对铣槽喷管疲劳使用寿命的影响。计算结果表明,铣槽喷管热结构响应呈现复杂的三维效应,应变较大位置主要分布在与肋连接的内衬区域,喷管中部的残余应变量最大;冷却槽道低周疲劳寿命分布和热结构响应基本一致,最小寿命位于喷管中部与肋相连的内衬区域燃气侧;随冷却剂质量流量增加,铣槽喷管低周疲劳寿命不断提高;随冷却剂入口温度增加喷管尾部低周疲劳寿命值不断降低,而喷管中前部的低周疲劳寿命值却不断提高,当冷却剂入口温度为280K左右时,本文的铣槽喷管总体使用寿命达到最大。      

油气在竖直管内湍流流动时冷凝的数值模拟

为了探索油气在冷凝回收过程中的冷凝规律,采用气液两相流模型描述了油气在竖直管内湍流流动时的冷凝过程.采用有效传质系数描述了油气组分的质量传递.模拟了油气在管内冷凝时的温度、管内压力、液膜厚度和Nusselt数的变化,得到了入口油气和管壁的温差、雷诺数对冷凝率和Nusselt数的影响.结果显示：增大入口雷诺数能显著增强传热和冷凝,但是增大入口油气和管壁的温差对冷凝率的影响较小;另外,还发现传质阻力对油气冷凝率有较大影响.此模型的计算结果与先前的实验数据能够很好地符合.     

组合式吸液芯内金属钠固-液相变的数值模拟(英文)

采用有限容积法和焓-多孔介质模型数值模拟了组合式吸液芯内金属钠熔化的固-液相变过程.由于液态金属钠和组合式吸液芯的导热系数在同一数量级,因而采用单温度模型,模拟过程中考虑了非达西效应影响和液态金属钠的自然对流现象.研究结果发现,组合式吸液芯中金属纤维毡厚度越小,金属钠受热熔化的速度越快,且熔化后的液态钠流速达到最大值所用的时间越短,进而可以缩短热管启动时间;组合式吸液芯中金属纤维毡厚度越大,竖直加热壁面的温度分布越均匀、壁面温差越小,进而减少了加热壁面产生过热点的可能.     

辐射板强化喷管换热与红外抑制效果试验研究

试验研究了在发动机喷管中加装金属辐射板前后,喷管壁面温度、热喷流温度与喷管红外辐射特征的变化。结果表明,加装金属辐射板后,热喷流与喷管壁面之间的热量传递显著增强,热喷流中心温度降低,壁面温度明显升高,在90°方向上,热喷流3～5μm波段的红外辐射强度降低了38.5%。文中从热喷流、喷管壁面以及金属辐射板等相关部件的温度变化情况对红外辐射强度的变化原因进行了解释。      

逆流降膜除湿器除湿过程的数值研究

建立了模拟逆流降膜除湿过程传热传质的数学模型,给出了传热传质的控制方程和适当的边界条件和气液界面条件.采用氯化钙作为除湿剂,运用控制容积法对降膜除湿溶液与被处理空气之间的除湿过程进行了分析和计算.获得了相应的除湿溶液与被处理空气的速度场、温度分布和出口参数.计算结果表明:沿着除湿器高度方向溶液和空气的温度、溶液的浓度、空气的湿度在入口区域变化较快而在出口区域变化较慢.可分别通过增加竖壁的高度、溶液的入口浓度和溶液的流速来改善除湿过程;同样,也可通过降低空气的流速或空气入口湿度达到改善除湿过程的目的.研究结果有利于改进除湿器的性能,为太阳能液体除湿、空调系统的优化设计和运行调节提供了理论依据.     

立式螺旋管内过冷沸腾起始点实验研究（英文）

以R134a为工质,对立式螺旋管内过冷沸腾起始点进行了实验研究.实验参数范围为:压力450～850kPa,入口过冷度4. 7～15. 0℃,热流密度0. 11～8. 9 kW/m~2,质量流量218. 2 to 443. 7 kg/(m~2·s).对立式螺旋管内过冷沸腾起始点的热流密度、过热度和温度下降幅度进行了分析,研究了质量流量、系统压力、入口过冷度和螺旋管几何参数对过冷沸腾起始点的影响.实验结果表明:过冷沸腾起始点的热流密度和过热度随着质量流量和入口过冷度的增大而增大,但是随着系统压力和螺旋直径的增大而减小;螺旋节距对过冷沸腾起始点的热流密度和过热度的影响很小.基于实验数据提出了螺旋管内过冷沸腾起始点热流密度的关联式,且该关联式的预测精度较高.     

混合蒸气浓度对板式换热器换热系数的影响

为研究水-酒精混合蒸气浓度对板式换热器换热器换热系数的影响,自行搭建高气密性实验台,在压力30 k Pa,混合蒸气流量6 kg/h实验工况下,获得了局部凝结换热系数随蒸气干度、流道长度、混合蒸气浓度的变化关系。实验过程中,采用了在板片焊接热电偶的测温方法,实现了气侧板片壁面温度的直接测量。结果表明,凝结换热系数随着蒸气干度增加而增加;换热系数随板长方向上无量纲长度增加而减小;与纯水蒸气比较,1%、2%浓度混合蒸气的传热系数值较高,且浓度为1%时的传热系数高于浓度为2%时的传热系数;5%、10%、20%浓度混合蒸气的传热系数均低于纯水蒸气传热系数,且传热系数随混合蒸气浓度增加而减小。     

600 MW超临界机组回热加热器动态模型

以实现回热加热器动态模拟为目的,建立600 MW超临界机组回热加热器动态模型。该模型依据直流锅炉回热加热器结构与全负荷情况下直流锅炉600 MW超临界机组参数,建立由回热加热器集总参数模型、过热区模型和蒸发区模型组成的超临界机组回热加热器分段动态模型,利用该模型实现回热加热器动态模拟。实验结果表明：该模型计算回热加热器过热区温度与仿真软件模拟数值完全相同,具备较高的可靠性。当直流锅炉开度增加时,其回热加热器过热区和蒸发区的主蒸汽流量和主蒸汽温度均呈现上升趋势;当直流锅炉负荷下降时,其回热加热器蒸发区水冷壁流量受省煤器和水冷壁阻力系数影响呈现波动趋势。     

基于田口方法的带新型防振折流板和线圈的平行流换热器参数优化（英文）

目的:圆形折流杆管壳式换热器容易发生流体诱发振动,从而引起管束失效。本文旨在探索壳程采用正三角形截面的线圈和六边形防振折流板的平行流换热器的传热特性和传热强化机理。创新点:1.提出一种具有防振功能的带六边形折流板和正三角形截面螺旋线圈的平行流管壳式换热器;2.采用田口方法揭示几何参数对传热和流动性能的影响;3.以提高换热器的综合性能为目标函数,得出最优的几何参数组合。方法:1.采用数值模拟方法和田口方法,分析带六边形防振折流板和正三角形截面线圈的平行流换热器几何参数对传热流动特性的影响;2.综合对比分析速度、压力、温度和湍流场分布的影响,揭示传热强化机理。结论:1.得到了不同几何参数对传热和流动的影响程度;其中,线圈的节距对传热和流动的影响程度最大,而六边形夹持防振折流板厚度的影响最小。2.采用田口方法优化后的结构较原结构的综合性能提高0.19%～1.92%。     

蓄热体余热回收换热器强化传热数值模拟

利用高温空气燃烧技术的原理,建立了蜂窝陶瓷蓄热体的传热数学模型;通过数值模拟对蜂窝陶瓷蓄热体和蓄热室的结构和操作参数进行优化,提高蜂窝陶瓷蓄热体的余热回收效率。应用流体力学软件CFD模拟蜂窝陶瓷蓄热体在稳定工况下的传热特性及流动特性。研究表明:蜂窝陶瓷从300 K开始工作,到稳定工作状态要经历一个启动过程,冷态到热态时,预热空气温度和排烟温度不断升高直至达到稳定状态;蜂窝陶瓷温度分布的等温线为水平线分布,中间气体等温线为抛物线分布;蜂窝陶瓷处于静止状态,气体速度分布的等速线为抛物线分布;压力分布等压线呈水平线分布。     

异丙醇废水浓缩性能实验研究

文章以已有的HP(Heat Pump)低温蒸发废水浓缩处理装置为大学生创新训练平台,以解决化工行业低浓度异丙醇回收难题和降低废水处理量为出发点,开展低浓度异丙醇废水浓缩性能实验。实验结果表明,单位时间浓缩量随空气质量流量增加而减少,随废水质量流量增加以及废水入口温度增加而增加;传质系数随空气质量流量、废水质量流量以及废水入口温度增加而增加。     

增强型地热系统热流固化耦合模拟装置研制

为研究热-流-固-化(T-H-M-C)耦合作用下的对流换热机理,在实验室范围内,利用自主研发的T-H-M-C耦合模拟装置,以劈裂岩石为研究对象,改变出水孔与注水孔长度控制裂隙长度,加入支撑剂控制裂隙开度或孔隙率,温压控制系统调节温度场和压力场,准确模拟增强型地热系统(Enhanced Geothermal Systems,EGS)中对流换热及水岩相互作用。记录进出口温度、岩样内外表面温度及进出口压力、围压等数值,利用无量纲特征数雷诺数(Re)、普朗特数(Pr)、努塞尔数(Nu)等进行量化研究,装置有效改善了国内现有试验设备无法改变温度场及裂隙特征等不足之处,为EGS对流换热机理研究提供支持。     

基于TEC的锂电池液冷系统建模及热力学特性分析

针对锂离子电池组功率密度大、充电及运行中的温度较高以及温度分布不均匀等热安全性问题,设计了一种基于TEC的锂电池高均温冷板液冷散热系统。采用集总参数法建立了系统的仿真模型,完成了工质入口温度扰动、工质流量扰动、TEC驱动电流扰动等3种扰动工况对系统热力学特性的仿真分析,验证了TEC的温控性能。结果表明:流体工质入口温度的变化对冷板温差没有影响,但是会影响系统的稳态时间;流体工质流量越大,对应的冷板温差越小,系统达到稳态的时间也越短;加上TEC作用后,冷板温差明显减小。     

水性质的分子动力学模拟研究

本文采用SPC／E水模型对水的性质进行了分子动力学模拟研究。结果表明,与常态及亚临界状态下相比,超临界下水的密度随温度压力的变化更为显著,这是超临界水具有较高溶解能力的重要原因;且在超临界下其自扩散系数明显增大,表明在超临界下水有着更高的扩散能力。在常态下水分子主要形成了二至四个氢键的结构,占了70％以上;随着温度的升高,每个水分子平均形成的氢键数减少。水表面张力模拟值与实验值相比偏小,其原因是未考虑氢键等因素对表面张力的影响。     

水合物法分离含氢气体混合物的实验研究

利用高压水合物分离装置,在不同的温度、压力及液体流量下,分别测定了H2、CH4二元混合物与水合物促进剂进行水合反应时分离效果随时间的变化.结果表明,温度越低,体系压力越高,液体流量越大,H2浓度增加越快,但较高的压力对分离效果影响较小,过大的液体流量会加大液体夹带量.适宜的条件为:温度5~10℃,压力4.5~5.0 MPa,合适的液体流量应根据实际情况确定.     

模拟研究气液两相在带缩径管的90°弯管内的流动(英文)

目的:90°弯管广泛应用于工业中的流体输送,但是流体在经过弯头时会由于离心力的作用而导致弯头下游管道内出现流体分布不均的现象,从而影响后续的生产过程。本文将实验和计算流体力学(CFD)模拟的方法结合研究缩径管对经过弯头后的流体整流作用并分析原因,以期为缩径管在工业中的应用提供一定的参考。创新点:1.提出在弯头后的管路中增加缩径管来调整流体的方法;2.在冷模实验数据验证模拟结果的正确性的基础上,根据CFD模拟得到的管道内的压力、流体速度、相分布及湍动能分布详细分析了缩径管能起整流作用的原因。方法:1.通过冷模实验所得的压力数据与模拟值进行对比,证明模拟所采用模型的正确性;2.通过对不同流体入口条件模拟结果的比较,找到缩径管的作用规律;3.通过CFD模拟得到管道内的压力、流体速度、相分布及湍动能,分析缩径管的整流原理。结论:1.模拟所采用的模型可较好地反映管道内的流体流动情况;2.缩径管能起到很好的整流效果;3.缩径管可使流体加速,促进流体的快速混合,因此能够使不稳定的流体快速达到稳定状态。