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湍流普朗特数对竖直圆管高热流超临界二氧化碳流动传热性能的影响: 2024年; 超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))因其腐蚀性小、临界参数低、高效等优势,广泛应用于燃煤火力发电、聚光太阳能发电、核反应堆等领域。其中,S-CO_(2)通常处于高温高压高热通量的加热湍流状态。现阶段湍流模型主要针对亚临界、拟临界流动问题,对超临界流体流动适用性较差,因此,该文开展超临界工况下管内S-CO_(2)湍流流动传热研究。针对剪应力输运模型(SST湍流模型),建立均匀加热垂直上升管内S-CO_(2)多场耦合数值模型,并通过实验数据验证模型正确性。研究湍流普朗特数(Pr_(t))对湍流模型的影响,并探讨关键运行参数对管内壁温度的影响。结果表明,Pr_(t)对高温高压高热流S-CO_(2)湍流流动传热有重要影响。当Pr_(t)从1降低到0.65~0.70时,内壁温的平均相对误差可降低约3.16%,对流换热系数可增加25.21%。通过对Pr_(t)的修正可以有效提高SST湍流模型的准确性,结果可为高热流密度下S-CO_(2)循环的发展提供一定理论基础。; 施伟杰王艳娟于滨汇舒磊徐进良; 关键词：超临界二氧化碳

竖直圆管内气体-铅铋合金两相流动特性数值研究被引量：1: 2024年; 采用基于力平衡理论的漂移流模型,对竖直圆管道内气体-液态铅铋合金(LBE)两相流的空泡份额进行预测。通过数值计算得到气体-液态LBE两相流在不同流道半径、Bankoff指数、Galileo数下的液相流速分布、切应力分布和空泡份额分布规律,分析了漂移流模型分布参数与上述宏观参数的内在联系。研究结果表明,预测得到的空泡份额及分布参数演化规律都与实验结果符合较好。本研究建立的数值计算方法能够用于圆管内气体-液态LBE两相流流动特性研究,为铅铋快堆蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故中空泡份额等关键两相流参数的快速测算提供参考。; 刘子华王迪梁任蔡德昌欧阳勇林支康谭林昊; 关键词：两相流空泡份额

竖直圆管外自然对流强化换热数值模拟研究: 海洋环境中,基于反应堆的海洋条件,选择海水作为核动力设备的冷却水可以节约大量成本和空间。同时,在核动力装置的管壳式换热设备中,竖直圆管外表面的自然对流是一种以水为工质的典型换热过程。为探究竖直圆管的自然对流特征并强化装置...; 张旭朱晨昕唐靖雨叶子翔景瑞涵边浩志; 关键词：自然对流 CFD数值模拟强化换热竖直圆管

基于CFD的竖直圆管内空气-水逆向流动界面行为研究: 2023年; 为研究空气-水逆向流动局部特性,本文基于VOF(volume of fluid)模型对D=25 mm的圆管中气液逆向流动过程中界面波的演变开展了数值计算,分析了流动过程中界面波波形的变化,计算结果与实验中液膜厚度变化符合较好。对不同液相流速工况下的流场变化分析可得,流动过程中界面波前后产生的压差引入了削弱界面波稳定性的附加作用力,且界面波前后压力变化随液相流速的增大而增大;与此同时,气相流速越大,界面波波幅沿轴向发展越迅速,表明界面波的不稳定性随气相流速的增大而增大。由此可得,气相流速及液相流速的增大都会使界面波的稳定性降低,即更容易发生液泛。; 万洁孙皖李想朱隆祥马在勇张卢腾潘良明; 关键词：液泛 VOF 界面波液膜厚度

超临界CO_(2)及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究被引量：1: 2023年; 碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO_(2)、超临界CO_(2)+CH_(4)混合物(CH_(4)摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO_(2)+N_(2)混合物(N_(2)摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300~600 kg/(m^(2)‧s)、热流密度为80~100 kW/m^(2)、入口压力为8~10 MPa的条件下,研究了超临界CO_(2)及超临界CO_(2)混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH_(4)和N_(2)摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO_(2)及其混合物换热强化密切相关。; 葛韶华艾贵琳杨帆陈昊楠屈思雨姜文全; 关键词：CCS

基于竖直圆管空气-水两相流实验的相间曳力模型研究被引量：1: 2022年; 研究两相流相间阻力特性对系统程序关键本构模型封闭具有重要意义。本文基于竖直圆管开展了空气-水两相流实验,采用四探头电导探针对空泡份额、气泡弦长和界面面积浓度等气泡参数的径向分布进行了测量。结果表明空泡份额和气泡弦长呈现“核峰型”分布,而界面面积浓度并没有表现出随流速的单调关系。进一步开发了泡状流和弹状流的相间曳力模型,考虑了液相表观流速与管径对气泡尺寸分布的影响,建立了临界韦伯数与不同液相流速的关系。计算得到的空泡份额和界面面积浓度与实验数据整体符合较好,验证了模型的可靠性,为两相流相间阻力特性研究提供参考意义。; 张卢腾黄涛张牧昊祝文何清澈许汪涛孙皖马在勇丁书华李仲春潘良明; 关键词：两相流竖直圆管空泡份额

摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界沸腾的数值研究被引量：1: 2022年; 针对摇摆条件下竖直圆管内干涸型临界热流密度(Dryout CHF)进行了三维数值计算,研究了摇摆条件下竖直圆管内相态分布特性、圆管内临界热流密度(CHF)的位置以及最高壁面温度,同时对管壁沿程换热系数特性进行了分析。结果表明:在摇摆条件下,圆管内相分布呈现周期性变化,CHF的位置也会发生周期性变化;同时发现摇摆运动会导致壁面最高温度更高,因此摇摆条件会使沸腾临界现象更严重。随着流型转变和沸腾传热机制的变化,管壁换热系数沿流动方向也会显著变化。本研究可以为摇摆条件下Dryout CHF的数值预测提供参考。; 祁伟步珊珊李振中马在勇张卢腾陈德奇; 关键词：摇摆条件壁面温度换热系数

竖直圆管内浮升力对超临界碳氢燃料裂解传热传质特性的影响: 2022年; 为了探究再生冷却过程中,浮升力对竖直圆管内超临界碳氢燃料裂解传热传质特性的影响,基于详细裂解反应动力学模型,建立了同时考虑碳氢燃料流动传热和裂解吸热的耦合算法,在此基础上对竖直管道内,浮升力对超临界RP-3的流动、传热和裂解反应的影响展开了数值研究。计算结果表明:与不考虑浮升力的情况相比,在浮升力影响显著的条件下,浮升力增强了向下流动的碳氢燃料壁面处与中心流区域的传热传质过程,燃料温度和裂解率的径向分布更加均匀,燃料吸热能力增强,换热系数上升,同时可以有效地抑制管道壁面上结焦的生成;而对于向上流动的流体,浮升力不利于壁面处与中心流区域的传热传质,导致冷却通道内碳氢燃料温度和裂解率径向分布的不均匀性增强,燃料吸热能力降低,换热系数下降,同时增加了管道壁面上的结焦量;同时,为了更好地理解浮升力的影响,本文还对不同壁面热流密度下向上和向下冷却通道内超临界碳氢燃料的裂解传热特性进行了分析;判别式Bo*<6.0×10^(-7)不能准确地预测竖直管道内浮升力对超临界碳氢燃料裂解换热的影响。; 龚科瑜冯宇吴坤秦江周超英; 关键词：浮升力热裂解超临界压力碳氢燃料

受限流道沿程参数变化对竖直圆管表面结霜特性影响的实验研究被引量：1: 2022年; 为研究换热器受限流道内沿程湿空气参数和壁温同时变化对霜层生长的影响,搭建了竖直布局的可视化结霜实验台。实验研究了受限流道内沿程霜层厚度、壁温、霜层生长率等参数的变化规律,以及逆流工况下入口湿空气温度、相对湿度、空气流速对受限流道内圆管表面的结霜量和平均霜层密度的影响。实验结果表明:沿制冷剂流动方向,制冷剂入口段霜层逐渐变薄,中间段霜层厚度趋于平坦,出口段霜层厚度上升。因受限效应的影响,在结霜初期流道内的霜层生长率逐渐降低;在结霜中期流道内水蒸气浓度随时间升高,可使霜层生长率出现小幅提升;在结霜后期霜层生长率降低。在壁温越低、水蒸气浓度越高的位置,霜层生长率出现局部增大的时间越早。更高的入口湿空气温度、相对湿度、空气流速会提升结霜量,而平均霜层密度随入口相对湿度升高而下降。; 刘学赖天伟赵琪强铭琛马斌侯予; 关键词：结霜特性

热流密度与质量流速之比对超临界CO<sub>2</sub>竖直圆管内传热影响: 2022年; 超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环动力系统具有效率高、结构紧凑等特点,虽然SCO2作为循环工质具有诸多优势,但会伴随着传热恶化现象,影响设备性能。本文在压力为8.7~9.0 MPa、质量流速为80~380 kg∙m−2∙s−1、热流密度为3~120 kW∙m−2的参数范围内,对内径为10 mm的垂直向上流动光滑圆管中SCO2的传热特性进行了实验与数值研究,观察到明显传热恶化现象。分析了热流密度与质量流速之比(qw/G)对SCO2传热特性的影响,并进一步通过将数值模拟结果与实验结果进行对比分析,对数值模拟结果进行评估。结果表明:在同一工作压力下,qw/G决定了SCO2的传热状态,随着qw/G增加,圆管内CO2传热出现恶化,并且随着qw/G增加壁温峰值向加热段起点移动;模拟结果表明,当qw/G大于某一临界值时,在轴向壁温分布中出现两处壁温峰值,且在相应位置传热系数出现下降;数值模拟得到相应测温点处壁温与实验测得壁温相对误差为±8%,对于qw/G较小的工况,误差为±3%。; 冷浩杰徐子康杨丰睿周源袁园黄家坚; 关键词：超临界二氧化碳热流密度质量流速

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