狭缝微膜热虹吸沸腾自补偿现象的实验研究_李志刚
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环形狭缝中沸腾传热特性的研究
苏顺玉;黄素逸;王晓墨
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2004(25)3
【摘要】从理论上分析了影响沸腾传热特性的各种因素,以间隙为 1 mm~2 mm 的环形狭缝通道中流动沸腾传热的实验数据为基础,给出了三种计算环形狭缝中流动沸腾传热的准则关系式。
分别将计算结果与实验数据进行了比较,找出了影响狭缝中沸腾传热的关键因素,确定了可以用来预测该实验范围内的流动沸腾传热的准则关系式。
【总页数】3页(P442-444)
【关键词】环形狭缝;流动沸腾;传热特性;准则关系式
【作者】苏顺玉;黄素逸;王晓墨
【作者单位】华中科技大学能源与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
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化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期负压状态窄缝通道乙二醇水溶液传热特性赵晨1,苗天泽2,张朝阳3,洪芳军1,汪大海1(1 上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240;2 清华大学先进高功率微波重点实验室,北京100084;3上海交通大学巴黎卓越工程师学院,上海 200240)摘要:高效、紧凑的换热方式需求日益增大,具有高度方向速度梯度大的窄缝通道成为最有前景的方式之一。
本文以质量分数为55%的乙二醇水溶液为工质,针对钛窄缝通道在负压工况进行流动沸腾换热实验。
实验在质量流率750~2000kg/(m 2·s)、饱和温度为80~90℃、入口温度60~70℃的条件下进行。
结果表明,钛需要更高的热流密度激活大量成核点,从而其过冷沸腾起始点(ONB )前后平均换热系数h 基本不变;质量流量对于ONB 和沸腾充分发展阶段的平均换热系数影响很大;在高过冷度时,沸腾充分发展阶段,钛窄缝通道换热性能对于入口温度不敏感;提高进口温度降低过冷度可以极大提高平均换热系数,70℃条件下平均换热系数在沸腾充分发展阶段可以提高65%;背压对于换热性能的影响主要在沸腾充分发展阶段,背压越低平均换热系数越大。
关键词:微通道;乙二醇水溶液;负压;气液两相流;流动沸腾;传热中图分类号:TK124 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2023)S1-0148-10Heat transfer characteristics of ethylene glycol aqueous solution in slitchannel under negative pressureZHAO Chen 1,MIAO Tianze 2,ZHANG Chaoyang 3,HONG Fangjun 1,WANG Dahai 1(1 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; 2 Advanced High PowerMicrowave Key Laboratory, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3 Ecole d'ingenieurs Paris, Shanghai Jiao TongUniversity, Shanghai 200240, China)Abstract: The increasing demand for efficient and compact methods of heat transfer has generated interest in the utilization of a narrow channel with a significant velocity gradient along its height, thus presenting substantial potential. This research study focused on investigating the heat transfer phenomena in a flow boiling system that employs a narrow slot channel made of titanium under negative pressure conditions. The experimental analysis employed a designated working fluid, namely an ethylene glycol aqueous solution with a mass concentration of 55%. The experimentation was conducted under specific operational parameters, encompassing a mass flow rate spanning from 750kg/(m²·s) to 2000kg/(m²·s), a saturation temperature within the range of 80℃ to 90℃, and an inlet temperature ranging from 60℃ to 70℃. The findings of the study revealed that the activation of a substantial quantity of nucleation sites in titanium necessitated an elevated heat flux. Consequently, this phenomenon maintained the average heat transfer coefficient (h ) in a state of relative constancy both prior to and subsequent to the onset of nucleate boiling (ONB). The heat flux required to start of ONB and the mean heat transfer coefficient during the研究开发DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1153收稿日期:2023-07-09;修改稿日期:2023-08-28。
第44卷 第6期新疆石油地质Vol. 44,No.6 2023年12月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGY Dec. 2023《新疆石油地质》2023年第44卷总目次·油气勘探·塔北地区三叠纪拗陷湖盆异重流沉积特征及主控因素…………………………………………………………仲米虹,唐武 (1-1)塔河油田岩溶峡谷区伏流坍塌型古暗河缝洞系统…………………………………………张长建,吕艳萍,马海陇,耿甜,张晓 (1-9)玛湖凹陷与沙湾凹陷上乌尔禾组储集层差异及成因…………………况昊,周润驰,王钧民,刘豪,谭先锋,蔡鑫勇,肖振兴 (1-18)川西坳陷须二段次生石英形成机理及其对储集层物性的影响………………………………章顺利,杨映涛,张玲,操延辉 (1-25)塔里木盆地顺北5号走滑断裂带分层分段特征及构造演化…………………………陈平,能源,吴鲜,黄诚,王来源,郭曼 (1-33)共轭走滑断裂形成演化的控制因素及物理模拟实验……………………代兰,邬光辉,陈鑫,朱永峰,陈思锜,罗鑫,胡明 (1-43)塔里木盆地顺北4号走滑断裂带变形特征及有利区评价………………………………李海英,韩俊,陈平,李媛,卜旭强 (2-127)玛湖凹陷乌尔禾组致密砂砾岩沸石特征及储集层识别…………………………………秦志军,操应长,毛锐,张浩,冯程 (2-136)苏里格气田盒8段辫状河储集层构型空间展布……………………………………………………………刘金库,胡杨,伍燚(2-144)玛湖凹陷三工河组油层低阻成因………………………………………………………………齐媛,韩东威,杜引鱼,周伟军 (2-151)甘泉油田长8油藏水下分流河道砂体钙质夹层特征及成因……崔耀科,杜贵超,王凤琴,王聪娥,陈奕阳,王颖,黄杏雨 (2-161)吐哈探区深层油气勘探进展及潜力评价…………………………………………支东明,李建忠,陈旋,杨帆,刘俊田,林霖 (3-253)准噶尔盆地东部隆起石钱滩凹陷石钱滩组层序划分…………………康积伦,付国斌,韩成,梁辉,马强,梁桂宾,陈高潮 (3-265)吐哈盆地胜北洼陷中—下侏罗统致密油烃源岩评价及油源对比……刘锋,赵红静,金颖,甘应星,曾雁,温旺彪,徐桂芳 (3-277)胜北洼陷三间房组致密储集层成岩作用及孔隙演化……………………周港,程甜,李杰,陈安清,李富祥,徐慧,徐胜林 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(3-314)油藏型储气库与天然气驱油协同建设实验——以葡北油田三间房组油藏为例……司宝,闫茜,刘强,张彦斌,付春苗,齐桓 (3-321)鄯善油田特高含水期CO 2吞吐增油与埋存试验…………………………………………李艳明,刘静,张棚,公学成,马建红 (3-327)葡北油田三间房组油藏天然气重力驱特征及影响因素 ………………………肖志朋,齐桓,张艺桢,李宜强,姚帅旗,刘通 (3-334)吐哈探区稠油油藏注气吞吐适应性评价…………………………………………夏正春,赵健,刘锋,秦恩鹏,蔡必金,王奇 (3-341)低孔低渗稠油油藏注水增能效果影响因素……………………………………………………………万海乔,王盛,刘学良 (3-347)多区块累计生产指标叠合对预估采收率的影响……………………………………………宋成元,杨小璇,袁玉英,李艳明 (3-352)塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏井网优化………………………………………胡文革,李小波,杨敏,鲁新便,刘学利,刘洪光 (4-429)基于动态渗流阻力的注水调整方法………………………………………………单高军,王承祥,王治国,姜雪岩,郭军辉 (4-435)沉积岩致密油藏压裂裂缝导流能力及产能模型…………………………………王小兵,胡炎射,李森,陈敏,王路,朱晨阳 (4-442)塔河油田块状底水砂岩油藏开发特征及挖潜对策………………………………刘丽娜,曹飞,刘学利,谭涛,郑小杰,刘蕊 (4-450)顺北油田顺北4号断裂带中段断控储集体连通性评价……………………………刘军,廖茂辉,王来源,龚伟,黄超,查明 (4-456)陆梁油田呼图壁组多层系砂岩油藏分层注水调控……………………………党思思,孙志雄,裴帅,吴丛文,牟蕾,周玉辉 (4-465)广义气水混驱特征曲线的建立及应用……………………………………………………贾蕊,袁泉,汤欣,吕奇奇,高文君 (5-562)三塘湖盆地马中区块致密油藏CO 2吞吐提高采收率……………李世瑞,赵凯,徐江伟,木尔扎提·艾斯卡尔,徐金禄,张星 (5-572)某油田低渗透油藏水平井加密及跟踪调整提产………………………………………………………………………周佳美 (5-577)碳酸盐岩裂缝-孔隙型储集层水侵特征及残余气分布规律…………………………………谢鹏,陈鹏羽,赵海龙,徐建亭 (5-583)··2第44卷 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一、实验目的1. 了解虹吸原理及其应用。
2. 通过实验观察虹吸现象,验证液体在虹吸过程中的流动特性。
3. 学习如何测量虹吸管真空度,并确定最大真空域。
4. 分析虹吸管流动的能量转换特性。
二、实验原理虹吸原理是利用液面高度差产生的压力差,使液体在虹吸管中流动。
当虹吸管一端开口于液体容器中,另一端开口于较低的位置时,液体在重力作用下会从容器中流出,形成虹吸现象。
三、实验材料与仪器1. 虹吸管一根(倒U形管)2. 容器一个(装满液体)3. 测量仪器一套(包括压力计、真空计等)4. 计时器一个四、实验步骤1. 将虹吸管一端开口放入装满液体的容器中,另一端开口朝向较低的位置。
2. 观察并记录液体开始流动的时间。
3. 使用测量仪器测量虹吸管中的压力和真空度。
4. 改变虹吸管的高度差,重复实验步骤,记录不同高度差下的流动时间和压力、真空度数据。
5. 分析实验数据,确定最大真空域。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示,随着虹吸管高度差的增大,液体流动时间逐渐缩短,压力逐渐减小,真空度逐渐增大。
2. 当虹吸管高度差达到一定值时,液体流动速度达到最大,此时真空度达到最大值。
3. 通过实验数据,计算出虹吸管流动的能量转换特性,包括液体流动过程中的动能、势能和压力能的转换。
六、实验结论1. 通过本实验,我们验证了虹吸原理的正确性,并观察到了液体在虹吸过程中的流动特性。
2. 实验结果表明,虹吸管中的真空度与液体流动速度和高度差有密切关系。
3. 本实验为虹吸原理及其应用提供了实验依据,有助于我们更好地理解和应用虹吸技术。
七、实验心得1. 通过本次实验,我深入了解了虹吸原理及其应用,认识到液体在虹吸过程中的流动特性。
2. 实验过程中,我学会了如何使用测量仪器,提高了自己的实验技能。
3. 本次实验让我体会到理论与实践相结合的重要性,为今后的学习和工作打下了基础。
八、注意事项1. 实验过程中,注意安全,避免液体溅出伤人。
2. 使用测量仪器时,要确保其准确性和可靠性。
西安热工研究院2007年度科学技术奖获奖项目清单一等奖序号获奖项目名称主要完成单位主要完成人1首台国产210MW 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CFB锅炉水冷壁主动防磨装置开发及应用西安热工研究院有限公司河南平顶山市瑞平煤电有限公司山西晋能集团大同热电有限公司徐正泉、江建忠、吕海生、郭涛、肖平、蒋敏华、曹林涛、孟洛伟、王宏权、时正海、孙献斌、李志伟11广西来宾B电厂#1锅炉提高燃烧稳定性的改造工程及研究西安热工研究院有限公司广西来宾希诺基发电有限公司王春昌、王晓旭、张广才、周平、柳宏刚、阎响林12电除尘器节电技术西安热工研究院有限公司张滨渭、祁君田、刘源、张超、聂孝峰、李少宁13轴向型粗粉分离器在D10D双进双出钢球磨煤机制粉系统中的应用西安热工研究院有限公司阳城国际发电有限责任公司晋中华、白少林、何仰朋、时勇强、马建兰、刘定坡14《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》(DL/T998-2006)编制西安热工研究院有限公司国电环境保护研究所丹慧杰、薛建明、何育东、陈焱、杜晓光、雷鸣、牛拥军、赵彩虹15“华能北京热电有限责任公司4×830t/h锅炉烟气脱硫及烟塔合一工程性能保证值考核验收试验”西安热工研究院有限公司华能北京热电厂何育东、胡三季、潘栋、陈玉玲、牛拥军、曾德勇、刘廷祥、王明勇、王斌16锅炉承压部件爆漏防治综合研究(锅炉“四管”防磨、防爆综合研究)西安热工研究院有限公司粤电集团湛江电力有限公司马红、郑坊平、张磊、林丁、伍明生、杨熙17捷制CSN417134钢主蒸汽管道爆破原因分析和管道更换判据研究西安热工研究院有限公司山西电力科学研究院刘树涛、陈吉刚、范长信、梁锋、刘玉民、郑坊平、王彩侠、唐丽英、史志刚、李晓琴、杨杰、郭红龙、梁军、孔慧霞、王晓杰18国产奥氏体不锈钢锅炉管弯头频繁开裂分析与对策研究西安热工研究院有限公司华能武汉发电有限责任公司湖南湘潭发电有限责任公司山西漳山发电有限责任公司马红、崔雄华、陈吉刚、张磊、贾建民、郑坊平、张生波、单鸿、李雁鸿19新建超临界超超临界机组集箱内部清洁度控制的研究及应用西安热工研究院有限公司武汉华能发电有限责任公司韩传高、聂丹、孙建国、房亚军、何秀锦、曹剑峰、寇斌达、田甜20华能营口电厂2×600MW超超临界机组工程设备监理及启动调试技术研究西安热工研究院有限公司华能营口电厂尚海军、张亚夫、赵勇、刘伟、刘朝、刘超、张心、都劲松、周宇伟、孟颖琪、杨百勋、雷兆团、王勃、李续军、孙克彬、吴恒运、滕维忠、骆贵兵、陈志刚、王飞、常磊、彭金宁、田金刚、胡树廉、王峥、周广仁、李保峰、柴琦、王团结、安欣、牛利涛、刘杰、田丹、裴世英、顾荣发、裴胜、陈坤、廖军林、刘朝臣、蔡国宝、张文斌、邵云鹏、刘占民、王海涛、普建国、付龙龙、赵景涛、张瑞祥21循环流化床锅炉EDTA低温清洗工艺西安热工研究院有限公司华能蒙西发电厂姚建涛、龙国军、曹杰玉、邓宇强、刘冰、张祥金、刘永兵、刘敏、刘涛、文慧峰22提高电厂化学监督与控制可靠性的研究与应用西安热工研究院有限公司大唐国际王滩发电有限责任公司大唐国际宁德发电有限责任公司大唐国际盘山发电有限责任公司曹杰玉、宋敬霞、刘玮、何涌、刘涛、邓宇强、刘继峰樊改明、李思吉、孙海艳、张宏杰、李宇东、王志平、季永革23GLD型液压隔膜计量泵的开发与应用西安热工研究院有限公司王宁飞、王军刚、王钊、郭金平、张小宏、童全峰、董娟24火力发电厂水汽分析方法西安热工研究院有限公司田利、王广珠、孙巍伟、史庆琳、黄善锋、汪德良、江俭军25华能早期投运机组设备运行状态评估技术研究西安热工研究院有限公司华能国际电力股份公司宋文希、张广才、陈少华、孙本达、颜渝坪、马红、陈胜利、黄嘉驷、王生鹏、陈国辉、王志刚、周平、彭金宁、姚建涛、张维科、周明、肖勇、张彬、崔雄华、贺锡鹏、王彩霞、王碧磊26汽轮机冷端状态分析及运行优化技术开发西安热工研究院有限公司华能杨柳青热电有限责任公司华能上安电厂居文平、郄彦明、于新颖、李素芳、张跃、马汀山、马强刘庆伏、孙运海、尹惠民、闫永强、李永康、马庆玲、林轶27600MW发电机组直接空冷系统及单排管换热元件性能研究西安热工研究院有限公司江苏双良空调设备股份有限公司陕西国华锦界能源有限责任公司北京基伊埃能源技术有限公司陈胜利、王军孝、朱宝田、薛海君、Josef Ratke、付昶、毛洪财、江翰、Gyula Planky、赵炎均、李南江、李高潮、崔来建、安红心、章治国;穆琳、苏晓峰、朱柯、韩小云、马全、蔡黎明、彭纯、张健、刘晓立28汽轮机叶片动频率测量及动态调频技术完善化研究西安热工研究院有限公司上海汽轮机有限公司北重汽轮电机有限责任公司肖俊峰、何阿平、张永宁、陆伟、张永海、刘井泉、张萃平、祁文玉、高松、朱宝田29北方联合电力有限责任公司蒙西发电厂2×300MW循环流化床空冷机组工程1号机组调试西安热工研究院有限公司北方联合电力有限公司北方联合电力蒙西发电厂党黎军、赵志丹、雷兆团、孟颖琪、郭三虎、刘伟、李国宝、苏志坚、王自宽、武建忠、杨建华、许建学、辛军放、裴世英张宇、刘剑光、杨胜林、刘爱军、铁大卫、赵毅、张长志、党小建、段景卫、田平、胡树廉、李毅、王团结、鲁礼勋、邵林、闫大乘、宋卓、程建华、王宏杰、李小林、李平、朱永强、杨侠、王志亮、都建平、武宏伟、裴建军、任朝辉、周志刚、赵映华、李忠森、李文哲、沈永麟30高速公路隧道群监控系统开发和应用西安热工研究院有限公司曾卫东、冯铭、王春利、秦斌、宋鑫31大容量机组RB控制策略研究与实施西安热工研究院有限公司华能南通电厂国电深能四川华蓥山发电有限责任公司高海东、贾强邦、肖勇、习志勇、孙德良、肖胜、昌鹏、马乐、包加祥、赵瑜32大型机组滑压优化和机组重要参数补偿控制技术的推广应用西安热工研究院有限公司张长青、贾强邦、高海东、孟祖浩、王世海33蒙西发电厂2×300MW循环流化床机组DCS控制系统设计西安热工研究院有限公司桑永福、杨新民、李军、安朝榕、郝德峰、卢秀文34华能营口电厂二期2×600MW超超临界机组DCS控制系统设计西安热工研究院有限公司华能国际电力股份公司李军、杨新民、陈丰、张又新、安朝榕、习志勇、王春利、崔战兵、仵理帆、刘浩、王文骏、苏航35国华公司BFS++项目管理模块的完善与应用研究西安热工研究院有限公司李耀君、刘振宇、王忠杰、罗凯、刘兆辉、张强、高增36国华电力600MW机组重大设备应用综合评价西安热工研究院有限公司国华电力技术研究中心有限公司国华工程技术有限责任公司于新颖、魏铜生、陈志清、王兴礼、常东峰、靖长财、刘颖华37低热值高炉煤气(BFG)联合循环燃气轮机机组仿真系统研制与应用西安热工研究院有限公司王剑钊、孙成贤、姚国鹏、任鑫、郑剑涛、牛红伟、白慧峰等38质子交换膜燃料电池发电系统设计与及测试系统开发西安热工研究院有限公司程健、王保民、姚国鹏等三等奖序号获奖项目名称主要完成单位主要完成人39135MW CFB锅炉长周期安全经济运行技术研究与应用西安热工研究院有限公司张敏、李志伟、肖平、时正海、韩应、孙献斌、刘海峰、黄中、江建忠、马丽锦40生物质燃料CFB综合利用燃烧脱硫特性试验研究西安热工研究院有限公司高洪培、王鹏利、李强、韩应、王海涛、张康道、刘海峰、肖平41华能日照电厂提高锅炉经济性及解决再热器超温问题的试验研究西安热工研究院有限公司山东日照发电有限公司陈国辉、王春昌、周平、张广才、张安生42江苏华电戚墅堰发电有限公司No12锅西安热工研究院有限公司张广才、王志刚、王春昌、严响林、陆志清、曹长龙、郭金富、周宏平、龚春明炉灭火问题诊断和调整试验研究江苏华电戚墅堰发电有限公司43300MW一次风机节能降耗技术改造西安热工研究院有限公司董康田、周欣安、闫宏、徐荫晨44提高排粉风机寿命的研究与应用西安热工研究院有限公司、华能井冈山电厂、广东粤嘉电力有限公司梅县发电厂岳佳全、晋中华、闫宏、何仰朋、王月明、刘家钰45高水分及新疆神华煤掺烧性能试验研究中国神华能源股份有限公司西安热工研究院有限公司姚伟、蒙毅、杨忠灿、刘家利、相大光、何红光、王桂芳、薛宁46P92钢管道分层缺欠成因分析及检验技术研究西安热工研究院有限公司华能玉环电厂蔡晖、王亮、李建民、候召堂、朱立春、姚家骋、吕能、李毅龙、刘鸿国、邵天佑47中、低压给水管道高幅振动治理对策研究西安热工研究院有限公司江西分宜发电厂王军民、王必宁、陈盛广、刘永、康豫军、董雷、安慧48锅炉高温过热器状态检查与寿命评估西安热工研究院有限公司华能珞璜电厂李益民、蔡晖、史志刚、李梁、张淑霞、王亮、王彩霞、唐丽英、姚家骋、李毅龙、李治发49200MW机组高压主汽门入口管道对口错位分析与处理西安热工研究院有限公司中电国华电力股份有限公司北京热电分公司安付立、康豫军、郭宗华、王军民、王必宁、李松、董雷、安慧50过热器向空排管道设计优化及实施西安热工研究院有限公司秦岭发电有限责任公司王军民、王必宁、邹智成、程抗战、安付立、康豫军、卫大为、秦光伟51新建机组四大管道质量的监督检验与质量控制西安热工研究院有限公杨百勋、李益民、曹剑锋、韩传高、蒋桂平、张玉泉、周宇伟、尚海军、王理博、宋绍河52对汽轮发电机制造质量缺陷预防措施的研究及应用西安热工研究院有限公司华能国际电力股份公司赵勇、孙克彬、张心、罗万岭、杨百勋、蒋浩君53DL/T 465-2007《煤的冲刷磨损指数试验方法》电力行业标准的修订西安热工研究院有限公司张心、朱竹桃、杜晓光54快速腐蚀测试技术在冷却水系统防腐措施筛选的应用西安热工研究院有限公司张维科、宋敬霞、刘玮、曹杰玉55包头二电厂3号机汽轮机油严重劣化的原因分析及处理西安热工研究院有限公司李烨峰、刘永洛、王娟、严锁宁、严涛、冯丽萍、肖秀媛、刘晓莹56发电厂热力设备化学清洗单位管理规定西安热工研究院有限公司中电联标准化处河南电力科学研究院曹杰玉、杜红纲、吴文龙57电厂用磷酸酯抗燃油运行与维护管理西安热工研究院有限公司刘永洛、李烨峰、严涛导则58华能德州、辛店节水改造技术研究西安热工研究院有限公司许臻、王璟、杨宝红、汪德良、余耀宏、王正江、姜琪、袁国全、张江涛、陈红、朱学兵、胡特力59循环水弱酸处理系统环保技术及产品的研究开发西安热工研究院有限公司陕西蒲城发电有限责任公司华能平凉发电有限责任公司崔焕芳、陈宝琪、任清杰、郑青海、黄晓忠、杨勇、王振宇、张兴仁、吴志宏、樊坤、彭章华、王广珠、罗奖合、田利、李建玺、郭焱、姜国策60俄制500MW超临界机组疑难振动问题的分析和治理研究西安热工研究院有限公司华能伊敏煤电有限责任有限公司张学延、张卫军、葛祥、银龙、郑怀国、郑安、李德勇、关志宏611000MW机组配用12000m2自然通风冷却塔热力特性试验研究西安热工研究院有限公司中国电力工程顾问集团西北电力设计院胡三季、杨平正、陈玉玲、杨迎哲、王明勇、刘廷祥、王斌62汽轮发电机组轴系预平衡技术及现场应用西安热工研究院有限公司华能重庆珞璜发电有限责任公司王延博、何国安、梁仕硭、向伟、彭旭斌63深圳能源集团东部电厂3×350MW级燃气蒸汽联合循环机组启动调试西安热工研究院有限公司广东火电工程公司深圳能源集团东部电厂姜鹏、辛军放、吴恒运、李续军、刘国弼、陈坤、普建国、张晓林、梁朝、孟国强、高彦启、盖科成、张晓邦、闫旭彦高玉峰、姜涛、李金召、刘海军、秦兵、张建民、徐卫华、刘剑光、田平、成城、党晓东、张顺来、同晓峰、李元、何伟、吴晓鸿、李丹、罗继先、张晓林、孟国强、高彦启、盖科成等64华能铜川电厂1号(600MW空冷)机组启动调试西安热工研究院有限公司郭俊文、高景辉、张建民、张文斌、赵晖、高奎、李文军秦兵、张广孙、伍刚、付侦平、辛军放、朱祥亮、王永胜陈坤、兀鹏越、万凯辉、李文科、吴文清、马晓珑、董海龙周广仁、于刚、姚刚、张炜、高玉锋、彦旭颜、顾荣发张瑞祥、王延博65北方联合电力公司达拉特发电厂5~8号锅炉减缓炉内结渣趋势的运行措施试验研究西安热工研究院有限公司北方联合电力公司达拉特发电厂吴生来、郭睿、王国忠、刘琦、赵永坚、杨涛、杜天、肖建昌、卫斌、张爱军、王新平、韦禾、王志明、单茂祥、侯双喜。
两相闭式热虹吸管传热性能的实验研究与数值模拟本文简述了热管的分类、工作原理及特性,并从固有参数和操作条件两个方面介绍了近年来两相闭式热虹吸管强化传热的研究进展。
目前许多研究者对两相闭式热虹吸管展开了大量的研究,但由于实验可视化困难、影响因素众多且存在协同作用等因素,导致针对两相闭式热虹吸管的传热机理难以进行深层研究,且研究成果存在许多分歧。
本文分别制造了两支外形尺寸相同的铜-水两相闭式热虹吸管,检验了其有效性,其中一支为普通两相闭式热虹吸管,另一支为蒸发段带有内插件结构的两相闭式热虹吸管。
两相闭式热虹吸管总长610mm、无效长度10mm、蒸发段长200mm、绝热段长100mm、冷凝段长300mm,管壳由内径8mm、壁厚1mm的T2紫铜管制成。
搭建了两相闭式热虹吸管传热性能实验台,针对加热功率、倾角及内插件结构对两相闭式热虹吸管传热性能的影响展开研究,实验中加热功率分别设定为200W、275W、350W、425W、500W,倾角分别设定为30o、45o、60o、75o、90o。
同时本文建立了两相闭式热虹吸管的数值模型,验证了数值模型的可靠性并对两相闭式热虹吸管传热性能及内部传热传质和流动过程进行模拟研究。
应用数值模拟从传热性能的影响因素分析了实验结果,获得了传热机理。
结果表明:本文所提出的模型实现了两相闭式热虹吸管内部流动和传热过程的模拟,利用可视化模块可对实验中两相闭式热虹吸管传热性能变化趋势及其内部传热机理进行进一步的研究和预测。
两相闭式热虹吸管蒸发段热阻随加热功率的增大而先减小后增大,总热阻、冷凝段热阻随加热功率的增大而单调减小。
从模拟结果的可视化中可以发现,气泡的形成、碰撞、合并等行为是加热功率影响蒸发段传热性能和传热机理的主要原因,随着加热功率的增大,蒸发段传热机理逐渐由混合对流向核态沸腾转变,当传热机理为核态沸腾时,蒸发段传热性能最佳。
冷凝段蒸气流速随加热功率的增大而增大,在气-液界面剪切力的作用下,削弱液膜厚度、降低液膜导热热阻并增强蒸气与铜质壁面对流换热强度,改善冷凝段凝结传热,此为影响冷凝段传热性能的原因之一。
狭缝微膜热虹吸沸腾自补偿现象的实验研究李志刚 吴裕远(西安交通大学能源与动力工程学院 西安 710049)对采用狭缝沸腾传热强化措施的工业用板翅式冷凝蒸发器实验单元的危险点壁面温度波动进行了瞬态测试,阐明了狭缝中微膜热虹吸机理具有一定的自动补偿的调节作用,它能维持通道处于稳定的良好的传热状态,对于空分装置的稳定和安全运行具有重要的意义。
关键词:传热 板翅式换热器 两相流1 前言化传热方法,它具有显著的强化效果,而且结构紧凑,不需要复杂的表面加工处理,换热表面在通道内高速流体的冲刷下不易产生沉积和污染,因此,狭缝强化传热正逐渐地得到各国学者的重视。
液体在沸腾时,产生的气泡与加热壁面之间存在着一层极薄的液体层,称为微液膜层。
C M Voutsikos和R L Judd[1]用激光干涉法测得气泡下的微液膜厚度为微米数量级。
微膜蒸发机理认为沸腾传热主要是通过加热壁面上的这一微层液膜以蒸发、对流和辐射等形式将热量传给主流流体。
其中最主要的热传递方式是微层液膜的导热,传热的主要热阻即来自于这层微液膜的导热热阻。
文献[2]研究了窄间距翅片板翅式单元,指出沸腾通道内的温度会产生波动。
文中指出,温度波动是微膜热虹吸传热强化机理具有一定自补偿作用的体现,沸腾通道内两相流体的密度、压力和质量流量等因素的变化是引起沸腾通道内产生温度波动现象的根本原因。
2 DM S—6440型数字存储示波器微机测试系统数字存储示波器是采用数字电路,把输入信号经过A/D转换,将模拟波形变换成数字信息存入存储器中;待需读出时,再通过D/A转换,将数字信息变换成模拟形波显示在示波管上。
它具有存储时间长、能捕捉到触发前的信号、可通过接口与计算机相连接等特点,是与计算机连成自动测试系统、分析复杂单次瞬变信号的有效仪器。
本文使用的数字存储示波器为DM S—6440型,是由日本岩通公司生产的[3],它采用GPIB通用标准接口母线系统。
GPIB接口卡是一个母线翻译器,执行GPIB标准接口功能,将微机I/O通道上的信息转换成GPIB母线系统中系统装置的操作。
在自动测试系统中,装入GPIB接口卡的微机可作为一个控者、听者或讲者。
本文所用接口卡为PC—IEEE488卡,其I/O地址选择开关设置为2B8H,DM A通道选择为DM A1,中断选择开关设置为IRQ7。
管理GPIB接口卡的程序放在软盘中,由微机的扩展BASIC语言BASICA支持进行工作,用户测试程序则由BASICA支持的扩展BASIC 测试语句编写而成,图1为计算机辅助测量分析系统框图。
图1 计算机辅助测量分析系统框图从DMS —6440型数字存储示波器的性能指标中可以知道,它的A /D 转换器的采样速率很高,在一般情况下被测波形的最高频率可以达到100kHz,转换速度为1.6 s,分辨率为0.025%,存储长度为4096字。
这样,在研究狭缝热虹吸板翅式单元试样某一通道中的温度波动情况时,应用DMS —6440型数字存储示波器,就能以 s 级的速率采集数据,从而实现瞬态测试,观察到温度波动情况下的波形。
3 实验装置本文对采用狭缝沸腾传热强化措施的工业用板翅式冷凝蒸发器实验单元的危险点壁面温度波动进行了瞬态测试,图2是实验单元横截面的结构示意图,单元由中心冷凝通道和两侧的蒸发通道构成。
冷凝通道是标准工业翅片,翅片节距大于1m m;蒸发通道是工业化狭缝,狭缝间隙小于1mm ,冷凝和蒸发通道两种翅片的厚度和高度相同,通道的长度为1000mm ,试样的宽度为90m m 。
整个试样的材质是LF 21—M 铝合金,采用真空钎接工艺制成,封头和主体的连接用氩弧焊焊接。
电加热带为宽2mm 、厚0.2m m 的Cr 20Ni 80带,其电阻值为4.96 /m ,敷设在试样的两侧面用来模拟沸腾侧外冷凝的热负荷,加热带的制作一定要保证加热带与试样之间的绝缘。
采用DW —1低温胶与泡沫塑料按60:1(重量比)的比例制成绝热材料,绝热性能良好(在液氮温度T s =77.35K 下的导热系数 ≈0.022W /m ・K ,与空气的导热系数相近)。
图2 实验单元横截面结构示意图1.冷凝通道和翅片;2.蒸发通道和翅片;3.加热板;4.钎焊薄板;5.隔板封头;6.电加热带;7.绝热层;8.温差热电偶;9.温差热电偶;10.温度热电偶。
为了得到饱和氮气,在试样下部设有再沸器。
加热器由电加热带制作而成,它应始终浸没在液氮中,以免产生过热蒸气而烧毁,液面的监测由液面计完成。
将Cr20Ni80电加热带绕在一个刻有双头螺线槽的聚氯乙烯管外,目的是增大加热面,产生均匀稳定的蒸气,液面计固定于聚氯乙烯管内。
距试样顶部约为10cm 处的地方是最容易发生“烧干”的地方,我们把它称之为危险点。
在此截面安装一只温度热电偶测量其沸腾通道壁温T W 。
将试样放入高1.8m 、内胆直径为250mm 的金属真空杜瓦中,杜瓦中灌满液氮,构成了试样的外部液氮环境。
在本实验中,使热负荷从小到大逐渐升高,取热流密度的范围为1000~10000W/m 2,在每一稳定工况下,利用DM S —6440型数字存储示波器测试系统,可以方便地完成对壁温T W 的测量和30个点的数据采集,以完成对T W 的瞬态测试。
4 实验结果与分析图3 危险点在不同热流密度下的温度波动曲线图3(a)、图3(b)表示了危险点的温度波动情况,从图中可以看出,在每一个稳定的工况点下,危险点的壁面温度在一个稳定值之间波动,波动的幅值变化很小。
究其原因,我们认为是由于通道内两相流体密度的变化而引起的。
狭缝通道中的流体受热后,流体的温度上升,密度减小,引起内外静液压不同,通道底部流体在热虹吸的作用下,从下往上形成热虹吸自然循环流动。
当沸腾通道内热流密度减小或浸没深度减小时,热虹吸的作用减弱,导致了通道内汽液两相流体的温度升高。
由于两相流体过热度的增加,通道内两相流体的密度随之降低,将提供附加的热虹吸驱动作用,这样,对上部通道的供液能力又提高了,导致通道内壁面温度的下降。
而通道内壁面温度下降又将引起热虹吸作用的减弱,又使通道内壁面温度以及顶部内壁温度升高起来,从而出现了温度波动现象。
当然,沸腾通道中除了流体密度变化以外,其压力和质量流量等也将会发生变化,它们也将会对温度的波动产生影响。
本文所观察到的温度波动是诸多因素影响的综合效果。
通道中温度波动这一现象说明,微膜热虹吸机理具有自动补偿的调节作用,它能维持沸腾通道处于稳定的良好的传热状态,这对于空分装置的稳定和安全运行将具有重要的意义。
图4是危险点温度波动最大幅值A max 随热流密度q 的变化曲线。
从图中可以看出,随着热流密度q 的增加,A max 一般是增加的。
在q <7000W /m 2(包括传热亢进点[4])时,A max <0.3K ,这说明6000m 3/h 制氧设备的冷凝蒸发器在实际运行工况中将会非常地平稳,微膜热虹吸机理的自补偿调节作用将会发挥得很大。
在q =2220W /m 2时,A max 的值稍稍增大了一些,达到0.21K ,在q =6660W /m 2时,A max 的值也稍稍增大了一些,达到0.26K ;这是因为在实验当中,由于加热的进行使得金属杜瓦中的液氮蒸发得很快,危险点暴露在液氮环境之外,形成浅池沸腾的情况。
也就是说,在热流密度不变的情况下,当浸没深度下降时,沸腾通道内壁面温度T W 有一定程度的升高。
在q >7800W/m 2时,A max 的值急剧增大,达到0.6K,这是因为气液两相流流速进一步增大时,壁面上的液膜变得愈来愈薄,最后液膜被撕裂,使得传热恶化,传热系数急剧下降,壁温骤然上升,自补偿无法起到调节作用。
另外,从图中可以知道,随着热流密度的增加,危险点壁面温度波动的周期一般是增加的。
这是因为,当热流密度增加后,危险点的幅值波动增加,传热由不正常情况恢复到正常情况的持续时间将会延长,因而温度波动的周期也会增加。
图4 危险点温度波动最大幅值与热流密度的关系5 结 论1.狭缝微膜热虹吸传热强化机理具有一定的自动补偿的调节作用,它能维持沸腾通道处于稳定的良好的传热状态,对空分装置的稳定和安全运行具有重要的意义。
2.危险点温度波动的最大幅值A max 和周期是随着热流密度q 的增加而增加的,但它在q <7000W/m 2时,A max <0.3K,这说明6000m 3/h 制氧设备的冷凝蒸发器在此工况下运行时将会非常地平稳,微膜热虹吸机理将会发挥很大的自补偿调节作用。
3.在浅池沸腾的情况下,沸腾通道内壁面温度T W 有一定程度的升高,可是由于狭缝微膜热虹吸自补偿调节对于浅池沸腾情况的作用增强,就能够使得A max 的值也稍微增大。
参考文献1 C M Voutsikos and R L Judd ,Las er Interfer-emetric Inves tigation of the M icrolayer Evaporation Ph e-nomenon ,Journal of Heat Trans fer ,ASM E ,19752 陈流芳,吴裕远等,板翅式单元液氮中微膜热虹吸浅池沸腾的实验研究,西安交通大学学报,1995,29(5),34~383 DM S -6440Digital M emoryscope Ins truction M anual ,日本Iw atsu 电气公司4 李志刚,狭缝微膜热虹吸沸腾自补偿现象及板翅式冷凝蒸发器传热性能的实验研究,西安交通大学硕士学位论文,1997(收稿日期19970620)作者简历李志刚,男,1971年生,1992年从西安交通大学动力系制冷专业本科毕业后在首钢工作两年,1997年6月在西安交通大学获得低温工程专业硕士学位。