文青龙-倾斜限制空间内池式沸腾临界热流密度试验研究

中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：093349 CO2管内流动沸腾换热关联式研究钱善良吴晓敏姜培学王维城（清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室，北京，100084）(Tel: 010-6277-3413，Email: wuxiaomin@)摘要：本文收集近年来8篇CO2管内流动沸腾换热研究文献中的862个实验数据，工况范围包括：管径0.8-10mm，热流密度5-40kW/m2，饱和温度-30-20℃，质量流速80-600kg/(m2s)。

筛选三个常用的传统制冷剂沸腾换热预测关联式，Gungor&Winterton、Shah、Wattelet，以及基于CO2沸腾换热试验数据的Zhao关联式，对上述862个实验数据进行预测。

结果显示：关联式在预测CO2低温流动沸腾换热实验时较为准确，其原因可能是低温状态下CO2对比压力较低，物性与传统制冷剂相似；关联式在预测有蒸干发生的换热系数时偏差较大；Shah关联式预测值在乘以1.7后可以较大改善预测精度。

关键词：CO2流动沸腾换热关联式预测引言传统的氟利昂制冷剂由于具有较大的ODP（臭氧层破坏指数）或/和GWP（温室效应指数），开始逐渐退出历史舞台。

为了避免人工合成物质的使用造成严重的不可预见破坏（例如氟利昂造成的南极臭氧层空洞），CO2等自然工质重新获得人们的重视[1]。

CO2流动沸腾换热系数是CO2蒸发器设计的重要参数，而由于CO2有较高的对比压力，其物理性质明显异于传统制冷剂，这导致CO2流动沸腾换热规律难以预测。

本文收集来自不同研究机构的8份公开文献中的CO2管内流动沸腾换热研究数据，并与4种常用的沸腾换热预测关联式加以对比分析，为CO2换热计算提供参考。

流动沸腾换热实验数据1 CO2本文选择了过去十年中部分研究者在公开文献中的数据，包括Kundsen[2]、Rin Yun[3]、Pettersen[4]、Yoon[5]、Cho[6]、Choi[7]、Park[8]、Oh[9]，共有862个数据点，这些数据点的实验条件为：水平流动，管径0.8-10mm，热流密度5-40kW/m2，饱和温度-30-20℃，质量流速80-600kg/(m2s)。

螺旋管内流动和传热特性实验研究及经验公式评价目录1. 内容概括 (2)1.1 实验背景 (3)1.2 实验目的和意义 (3)1.3 实验内容和研究方法 (4)2. 螺旋管回路的基本知识 (5)2.1 螺旋管的结构特性 (7)2.2 螺旋管内流体的流动特性 (8)2.3 螺旋管内的热交换特性 (9)3. 实验装置及条件 (10)3.1 实验设备介绍 (12)3.2 实验参数设定 (13)3.3 数据采集和记录方法 (14)4. 实验结果与分析 (15)4.1 流体流速对螺旋管内流体流动特性的影响 (15)4.2 流体流量对螺旋管内热量传递特性的影响 (17)4.3 螺旋管几何参数对螺旋管流动和传热特性的影响 (18)5. 经验公式的建立 (20)5.1 螺旋管内流动的经验公式 (21)5.2 螺旋管内传热经验公式的建立 (22)5.3 不同工况下的公式适用性分析 (23)6. 实验公式评价 (25)6.1 实验数据的准确性分析 (26)6.2 实验公式的适用范围 (27)6.3 实验公式与理论计算结果的比较 (27)7. 结论与展望 (29)7.1 实验研究的主要结论 (30)7.2 实验公式的应用前景 (31)7.3 实验研究中的不足与建议 (32)1. 内容概括本实验研究旨在详细探究螺旋管内部流体流动和传热过程的特性和规律。

螺旋管因其独特的几何形状和三维流动特性，广泛应用于实际工业应用中，如热交换器和管道系统。

实验设计包括模拟不同流体流速、不同温差和管内流体不同物理性质的一系列实验条件。

通过对实验数据的定量分析和流动、传热传质理论的结合，本研究对螺旋管的流动和传热特性进行了详细的分析和解释。

实验结果包括温度分布、流速分布以及相应的换热率等关键参数的测量和记录。

通过将实验结果与理论模型和现有文献中的研究成果进行对比，本研究验证了已有经验公式的适用性和准确性。

此外，研究团队开发了一套新的经验公式，用以更准确地预测螺旋管内的流动和传热特性，尤其在小管径和低雷诺数情况下。

渠玉芝教授及渠氏技术综述一、渠玉芝教授简介渠玉芝教授，名德科，1940年6月6日出生在中国山东济南。

1947年至1953年在中国山东济南17中学读书；1953年13岁以优异的成绩考入中国上海交通大学物理系，1958年在上海交通大学毕业后，考入苏联莫斯科理工大学研究生院攻读高能物理；1961年在苏联莫斯科理工大学研究生院毕业，回国后，在哈尔滨军事工程学院任物理教员，1962年加入中国共产党；文化大革命中在哈尔滨军事工程学院被错打成苏联特务受到政治迫害，1967年受政治迫害转业至221物理研究所，1967年至1992年在221物理研究所任研究员；1979年8月根据中共中央关于为文革期间受迫害干部平反的相关指示精神，于1979年8月13日得到平反，并任221物理研究所主任研究员。

1992年调任中国管理科学研究院节能技术研究所任副所长、高级研究员。

二、渠氏技术的发展过程1967年受迫害后，渠玉芝教授在逆境中对高能微分子热力学进行了系统的艰苦研究，并将熵旋定律的研究运用于量子力学、光子力学、磁分子场等高能微分子领域中。

在极其恶劣的生活环境中，无论是放牧、春种、夏锄、秋收，还是流放于雪山脚下、草原深处，餐风宿露、饥寒交迫，都没有动摇他在熵旋理论中的不懈研究、刻苦求索,为创造最佳的恬静运算环境，不惜出家入少林寺数年。

经数十年专心致志的忘我科研，终于获得了在热传导领域方面的划时代突破，为世界新能源的科学研究做出了重大贡献。

渠玉芝教授发明和研制的无机传热技术，是一种利用分子震荡、摩擦方式实现热能传递的新型传热技术，其重要特性表现在：该技术不仅消除了传热热阻，而且在传热过程中具有明显的“热增益”现象（超导特性）。

热是自然界所有工程技术及日常生活中最普遍的物理现象。

渠玉芝教授发明的这种物资可以作为一种新型的热传递手段，因此可广泛应用于均温、散热、热交换等行业领域。

1．1989年7月，渠氏技术通过天津市科委组织的技术鉴定{鉴定号：津科鉴字（89）14号}鉴定结论摘要：“根据国内国际专利文献及相关技术领域非专利文献检索未见报导，属国际首创。

第四章4.2 某平壁材料的导热系数)1(0aT +=λλ W/(m·K)， T 的单位为℃。

若已知通过平壁的热通量为q W/m 2，平壁内表面的温度为1T 。

试求平壁内的温度分布。

解：由题意，根据傅立叶定律有q ＝－λ·dT/dy即q ＝－λ0（1＋αT）dT/dy分离变量并积分100(1)d d TyT aT T q y λ+=-⎰⎰220011()()2a T T T T qy λλ-+-= 整理得220001122()20a T T T T qy λλλ+-++=此即温度分布方程4.3 某燃烧炉的炉壁由500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖及250mm 厚的普通砖砌成。

其λ值依次为1.40 W/(m·K)，0.10 W/(m·K)及0.92 W/(m·K)。

传热面积A 为1m 2。

已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。

（1）单位面积热通量及层与层之间温度；（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2cm 的空气层，其热传导系数为0.0459 W/(m·℃)。

内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？ 解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r 1、r 2、r 3。

（1）由题易得r 1＝b λ＝110.51.4m Wm K--＝0.357 m 2·K/W r 2＝3.8 m 2·K/Wr 3＝0.272·m 2 K /W所以有q ＝123Tr r r ∆++＝214.5W/m 2由题T 1＝1000℃ T 2＝T 1－QR 1 ＝923.4℃T 3＝T 1－Q （R 1＋R 2） ＝108.3℃T 4＝50℃（2）由题，增加的热阻为r’＝0.436 m 2·K/W q ＝ΔT/（r 1＋r 2＋r 3＋r’） ＝195.3W/m 24.4某一Φ60 mm×3mm 的铝复合管，其导热系数为45 W/(m·K)，外包一层厚30mm 的石棉后，又包一层厚为30mm 的软木。

图7为不同C风风率下燃尽率的变化曲线。

从图中可以看到,随着C风风率的减小燃尽率不断降低。

这是因为随着C风风率的减小,炉内回流区减小,拱上气流下冲深度减小,部分煤粉停留时间变短,而煤粉的着火距离变长,从而使得燃尽率降低。

另一方面由于C风风率的减小,使得空气分级程度增加,因而燃尽率降低。

4结论本文利用数值模拟的方法,研究了某低N O x燃烧新系统W 火焰锅炉的C风风率对燃烧特性及N O排放特性的影响。

得到的主要结论有:4.1随着C风风率的减小,对煤粉气流的托举作用减弱,拱上气流下冲深度减小,炉内燃烧剧烈程度减弱使得温度水平降低。

4.2随着C风风率的减小,空气分级程度增加,主燃烧区的氧含量降低,还原性气氛增强;且炉内温度水平降低,均有利于降低N O排放量。

4.3C风风率对煤粉燃尽率有较大的影响;随着C风风率的降低,炉内回流区减小,部分煤粉停留时间变短,而煤粉的着火距离变长,使得煤粉燃尽率不断降低。

参考文献[1]任枫.FW型W火焰锅炉高效低NO x燃烧技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.[2]赵斯楠,方庆艳,马仑,陈刚.燃烧初期化学当量比对锅炉NOx 生成与排放特性的影响[J].燃烧科学与技术,2017,23(03):236-241.[3]Ma L,Fang Q,Tan P,et al.Effect of the separated overfire air location on the combustion optimization and NOx reduction of a600MWe FW down-fired utility boiler with a novel combustion system[J].Applied Energy,2016,180:104-115.[4]马仑,方庆艳,张成,陈刚,吕当振,段学农.600MW W型火焰锅炉拱上二次风低NO x燃烧特性的数值模拟及优化[J].燃烧科学与技术,2016,22(01):64-70.[5]周安鹂.W火焰锅炉无烟煤掺烧煤泥的试验与数值模拟[D].武汉:华中科技大学,2019.[6]吕当振,马仑,段学农,方庆艳.600MW亚临界W型火焰锅炉低氮燃烧特性数值模拟[J].热能动力工程,2015,30(04):598-604+ 654-655.作者简介:周安鹂(1993,4-),女,籍贯:湖北襄阳,硕士,助教,研究方向:电力生产技术、节能减排技术、电气自动化。

化工原理思考题答案第一章流体流动与输送机械1、压力与剪应力的方向及作用面有何不同答：压力垂直作用于流体表面，方向指向流体的作用面，剪应力平行作用于流体表面，方向与法向速度梯度成正比。

2、试说明粘度的单位、物理意义及影响因素原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？答：层流时W f∝u，流量增大一倍能量损失是原来的2倍，完全湍流时Wf∝u2，流量增大一倍能量损失是原来的4倍。

9、圆形直管中，流量一定，设计时若将管径增加一倍，则层流时能量损失时原来的多少倍？完全湍流时流体损失又是原来的多少倍？答：10、如图所示，水槽液面恒定，管路中ab及cd两段的管径、长度及粗糙度均相同，试比较一下各量大小11、用孔板流量计测量流体流量时，随流量的增加，孔板前后的压差值将如何变化？若改用转子流量计，转子上下压差值又将如何变化？答：孔板前后压力差Δp=p1-p2，流量越大，压差越大，转子流量计属于截面式流量计，恒压差，压差不变。

于消耗阀门的附加阻力上，且使泵在低效率下工作，经济上不合理。

2.改变泵特性曲线，通常通过改变泵的转速来实现流量调节，实质是改变工作点。

优点：不额外增加阻力且在一定范围内可保证泵在高效率下工作，能量利用率高，经济性好。

缺点：需配备可调速的原动机或增加调速器，通常在调节幅度大、时间又长的季节性调节中使用。

14、比较正位移泵与离心泵在开车步骤、流量调节方法及泵的特性等方面的差异答：正位移泵即容积式泵2、热传导、对流传热，辐射传热在传热速率影响因素方面各有什么特点？答：热传导：热导率与物质的结构、组成、温度、压强等许多因素有关3、气体、液体和固体（包括金属和非金属）在热导率数值上有什么差异？认识这些差异在工程上有什么意义？答：固体：金属的热导率与材料的纯度有关，合金材料热导率小于纯金属，各种固体材料的热导率均与温度有关，对绝大数均质固体而言，热导率与温度近似成线性关系。

在工程计算中常遇到固体壁面两侧温度不同的情况，此时可按平均温度确定温度场中材料的热导率。