垂直上升內(nèi)螺紋管中超超臨界壓力水的傳熱特性研究

在壓力為10~28mpa、質(zhì)量流速為500~1220kg/(m2.s)、熱負(fù)荷為140~400kw/m2的工況范圍內(nèi),在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了直徑38.1mm、厚度7.5mm垂直上升內(nèi)螺紋管的傳熱特性研究.結(jié)果表明:在亞臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管的旋流作用使內(nèi)螺紋管具有明顯的傳熱強(qiáng)化效果;隨著壓力的升高,特別是在近臨界壓力區(qū),由于汽-液比體積的差值減小,內(nèi)螺紋管的旋流作用降低,所以強(qiáng)化傳熱效果降低.在超臨界壓力區(qū),管內(nèi)流體屬于單相流體,當(dāng)管中心處工質(zhì)溫度與貼壁處工質(zhì)溫度均低于擬臨界溫度時(shí),管中心工質(zhì)與管內(nèi)貼壁處工質(zhì)之間的比體積相差很小,使得內(nèi)螺紋管的旋流作用降低,管壁溫度升高較快,傳熱惡化;當(dāng)管中心工質(zhì)溫度低于擬臨界溫度、而貼壁處工質(zhì)溫度高于擬臨界溫度時(shí),兩處工質(zhì)之間的比體積差增大,使得內(nèi)螺紋管的旋流作用增強(qiáng),傳熱強(qiáng)化,壁溫降低.

本文在壓力p=19.0～22.5mpa、質(zhì)量流速g=600～1000kg/(m~2s)、內(nèi)壁熱流密度q=300～500kw/m~2的參數(shù)范圍內(nèi),對水在新型垂直上升內(nèi)螺紋管內(nèi)的傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn),在近臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管的內(nèi)壁溫隨質(zhì)量流速的增加而降低,隨熱流密度的增大而升高。在本文研究參數(shù)范圍內(nèi),近臨界壓力區(qū)的水在內(nèi)螺紋管內(nèi)傳熱時(shí)并未出現(xiàn)明顯的傳熱惡化。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn),近臨界壓力區(qū)的亞臨界壓力部分水的傳熱特性與超臨界壓力部分水的傳熱特性具有相似性。

在超臨界壓力下,對傾角α=19.5°的28.6×5.8(mm)傾斜上升內(nèi)螺紋管內(nèi)水的傳熱特性及管壁溫度分布進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)參數(shù)范圍:p=23~28mpa,質(zhì)量流速g=600~1200kg/(m2s),平均內(nèi)壁熱流密度q=300~600kw/m2。試驗(yàn)結(jié)果表明:管內(nèi)螺紋造成的漩流作用可減弱內(nèi)螺紋管截面上自然對流的影響。傾斜內(nèi)螺紋管壁溫及傳熱系數(shù)沿周向分布不均勻性很小。壁面熱負(fù)荷越大,壁溫越高;提高質(zhì)量流速可降低壁溫。在高焓值區(qū),壓力越高,傳熱越強(qiáng)。此外,還提出了傳熱系數(shù)的計(jì)算公式以供工程設(shè)計(jì)參考。圖6表1參11

在p=9～28mpa,g=600～1200kg/(m2ˇs),q=200～600kw/m2的工況范圍內(nèi),研究了φ38.1×7.5mm傾斜上升內(nèi)螺紋管(水平傾角α=19.5°)中亞臨界以及超臨界汽-液的傳熱特性。試驗(yàn)結(jié)果表明在亞臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管有效地抑制了膜態(tài)沸騰的發(fā)生,但近臨界壓力區(qū)內(nèi)螺紋管傳熱強(qiáng)化作用減弱;超臨界壓力區(qū)內(nèi)螺紋管的傳熱良好;工程設(shè)計(jì)時(shí)要保證足夠的管內(nèi)最小質(zhì)量流速;文中還給出了臨界質(zhì)量流速的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

通過對比不同結(jié)構(gòu)尺寸的垂直上升內(nèi)螺紋管在亞臨界及超臨界壓力下的傳熱系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式,結(jié)果表明:傳熱系數(shù)隨著質(zhì)量流量的增大、壓力及熱負(fù)荷的減小而增大;換熱系數(shù)峰值在兩相沸騰區(qū);在超臨界壓力區(qū),由于水在擬臨界附近變化劇烈,在擬臨界焓值區(qū)傳熱系數(shù)有最大值。內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳熱特性的影響與無因次數(shù)n有密切關(guān)系。

在壓力9～22mpa,質(zhì)量流速450～2000kg·m?2·s?1,內(nèi)壁熱負(fù)荷200～700kw·m?2的參數(shù)范圍內(nèi),試驗(yàn)研究了用于1000mw超超臨界鍋爐??28.6mm×5.8mm垂直上升內(nèi)螺紋水冷壁管內(nèi)汽水流動(dòng)沸騰傳熱。研究表明:內(nèi)螺紋管內(nèi)壁螺紋的漩流作用可抑制偏離核態(tài)沸騰(dnb)傳熱惡化,內(nèi)螺紋管在高干度區(qū)發(fā)生蒸干型(do)傳熱惡化。增大質(zhì)量流速可推遲壁溫飛升,壁溫飛升幅度隨質(zhì)量流速增大而降低。熱負(fù)荷越大管壁溫越高,隨熱負(fù)荷增大管壁壁溫飛升提前,且傳熱惡化后壁溫飛升值增大。隨著壓力增加,壁溫飛升發(fā)生干度值減小。內(nèi)螺紋管汽水流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)呈?形分布,傳熱系數(shù)峰值出現(xiàn)在汽水沸騰區(qū)。文中還給出了亞臨界壓力區(qū)內(nèi)螺紋管單相區(qū)和汽水沸騰區(qū)的傳熱系數(shù)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

本文在全周加熱和單側(cè)加熱的條件下,對600mw超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐水冷壁φ28×6mm內(nèi)螺紋管進(jìn)行了傳熱與阻力特性的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)參數(shù)為壓力13-27mpa,質(zhì)量流速400-1800kg/m2·s,內(nèi)壁熱負(fù)荷200-800kw/m2。試驗(yàn)得出了在不同參數(shù)條件下的壁溫分布、發(fā)生傳熱惡化的臨界條件、單相及兩相對流放熱系數(shù)、干涸后放熱系數(shù)及內(nèi)螺紋管的摩擦壓降,提出了計(jì)算關(guān)聯(lián)式,比較了單側(cè)加熱與全周加熱的區(qū)別,為超臨界鍋爐設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。

通過對600mw超臨界w火焰鍋爐水冷壁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,研究試驗(yàn)φ32mm×6.3mm四頭12cr1movg優(yōu)化內(nèi)螺紋管(omlr)在亞臨界、近臨界、超臨界區(qū)的流動(dòng)傳熱特性。試驗(yàn)獲得了不同工況(壓力、熱負(fù)荷、質(zhì)量流速)下內(nèi)螺紋管壁溫分布和內(nèi)壁換熱系數(shù)隨焓值的變化規(guī)律。并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),擬合建立單相、兩相換熱系數(shù)計(jì)算關(guān)聯(lián)式,同時(shí)進(jìn)一步建立傳熱惡化發(fā)生時(shí)的臨界條件及干涸后傳熱計(jì)算關(guān)聯(lián)式,為鍋爐垂直上升內(nèi)螺紋管水冷壁設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供可靠數(shù)據(jù)。

對超臨界水在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的豎直內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動(dòng)和傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究,重點(diǎn)分析了內(nèi)螺紋管的螺旋升角、相對螺紋寬度和相對螺紋高度在不同質(zhì)量流速和熱流密度條件下對傳熱和阻力特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:內(nèi)螺紋管的傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)均隨升角的減小而增加;相對螺紋寬度的變化對內(nèi)螺紋管的傳熱和阻力特性幾乎無影響;隨著相對螺紋高度的增加,傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)均增加。通過對內(nèi)螺紋管的綜合性能分析,結(jié)構(gòu)參數(shù)對超臨界流體傳熱和阻力特性的影響順序依次為螺旋升角、螺紋高度、螺紋寬度。

內(nèi)螺紋管作為一種高效的節(jié)能元件已在動(dòng)力、航天、電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,為進(jìn)一步促進(jìn)內(nèi)螺紋強(qiáng)化傳熱技術(shù)研發(fā),對近30年來內(nèi)螺紋管內(nèi)流動(dòng)傳熱研究進(jìn)行了綜述,內(nèi)容涉及內(nèi)螺紋管內(nèi)流動(dòng)傳熱機(jī)理、傳熱規(guī)律、傳熱惡化及預(yù)報(bào)等.

在壓力22.5~28mpa,質(zhì)量流速600~1000kg·m-2·s-1,工質(zhì)比焓800~3100kj·kg-1范圍內(nèi),對超臨界水在四頭內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動(dòng)阻力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了不同工況下內(nèi)螺紋管流動(dòng)阻力的變化規(guī)律,分析了壓力、質(zhì)量流速和工質(zhì)比焓變化對內(nèi)螺紋管摩擦阻力系數(shù)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:超臨界壓力下質(zhì)量流速對摩擦阻力壓降有很大影響,但對摩擦阻力系數(shù)的影響很小;在擬臨界區(qū)域摩擦阻力系數(shù)有階躍式增長現(xiàn)象,且這種階躍增長現(xiàn)象隨著壓力的增加而減弱。整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到超臨界水的內(nèi)螺紋管摩擦阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,與試驗(yàn)值相比誤差小于15%,為設(shè)計(jì)具有良好水動(dòng)力特性的超臨界鍋爐提供可靠依據(jù)。

在熱流密度q=0~25kw/m2、質(zhì)量流速g=10~262kg/(m2·s)及入口壓力pin=8~9mpa的實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi),研究超臨界壓力co2在螺旋管中上升流動(dòng)的傳熱特性,分析質(zhì)量流速、熱流密度及入口壓力對換熱系數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,沿程換熱系數(shù)總體呈先上升后下降的趨勢,極大值發(fā)生在主流平均溫度小于準(zhǔn)臨界溫度而壁溫大于準(zhǔn)臨界溫度條件下;在換熱系數(shù)上升段,沿程近壁區(qū)流體比熱容增加引起的單位體積流體換熱能力增強(qiáng)以及粘度減小引起的熱邊界層減薄是傳熱強(qiáng)化的主要因素;當(dāng)近壁區(qū)co2發(fā)生類液態(tài)到類氣態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí),其比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)減小是換熱系數(shù)下降的主導(dǎo)因素。對于物性變化劇烈的超臨界流體傳熱,nu數(shù)僅作為對流與導(dǎo)熱相對大小的度量,其數(shù)值大小不能客觀反映實(shí)際換熱能力的強(qiáng)弱。

在壓力p=24~32mpa、質(zhì)量流速g=420~800kg/(m2·s)、外壁熱流密度q=150~360kw/m2的參數(shù)范圍內(nèi),對低質(zhì)量流速下水在超臨界循環(huán)流化床(cfb)環(huán)形爐膛鍋爐水冷壁中內(nèi)螺紋管內(nèi)的傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得到了不同運(yùn)行工況下內(nèi)螺紋管的壁溫分布規(guī)律,分析了外壁熱負(fù)荷、質(zhì)量流速和壓力對內(nèi)螺紋管傳熱特性的影響,并給出了可用于工程實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。結(jié)果表明:超臨界壓力下,內(nèi)螺紋管壁溫隨流體焓值的增加單調(diào)增加,在擬臨界點(diǎn)附近發(fā)生了傳熱強(qiáng)化現(xiàn)象,壁溫曲線變平緩,傳熱系數(shù)達(dá)到最大值;外壁熱負(fù)荷的增大、質(zhì)量流速的減小以及壓力的增大都會(huì)使內(nèi)螺紋管壁溫升高,傳熱系數(shù)減小。

在亞臨界、近臨界及超臨界壓力區(qū),對600mw超臨界w火焰鍋爐水冷壁中垂直上升低質(zhì)量流速優(yōu)化內(nèi)螺紋管的傳熱特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了不同運(yùn)行工況下內(nèi)螺紋管的壁溫分布,分析了壓力、外壁熱流密度、質(zhì)量流速對傳熱特性的影響。結(jié)果表明:低質(zhì)量流速優(yōu)化內(nèi)螺紋管具有良好的傳熱特性,能夠有效避免膜態(tài)沸騰;在亞臨界壓力區(qū),壓力與熱流密度的增大以及質(zhì)量流速的減小,均會(huì)導(dǎo)致干涸提前發(fā)生和干涸后的壁溫飛升值增大。與亞臨界壓力區(qū)相比,內(nèi)螺紋管在近臨界壓力區(qū)的傳熱特性變差,隨著壓力的增大,管壁溫度顯著升高,發(fā)生傳熱惡化時(shí)的臨界干度減小。在超臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管在擬臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)了傳熱強(qiáng)化;壓力越接近臨界壓力,傳熱強(qiáng)化越明顯;壓力與熱流密度的增大以及質(zhì)量流速的減小均會(huì)導(dǎo)致壁溫增大。

內(nèi)螺紋銅管又稱非平滑管，英文名稱innergroovedcoppertube(igt)，是指 外表面光滑，內(nèi)表面具有一定數(shù)量，一定規(guī)則螺紋的內(nèi)螺紋tp2紫銅管。 由于內(nèi)螺紋銅管內(nèi)表面積的增加，所以它的導(dǎo)熱性能要比光管提高百分之二十到三十。 內(nèi)螺紋銅管的發(fā)展大致經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段： （1）山型齒內(nèi)螺紋管； （2）梯型槽內(nèi)螺紋管； （3）頂角型內(nèi)螺紋管； （4）細(xì)高齒型內(nèi)螺紋管。（又稱瘦高齒內(nèi)螺紋銅管） 目前，國外又陸續(xù)推出了高低齒齒型、齒頂開槽、雙旋向等內(nèi)螺紋管 傳熱性能： 按照國標(biāo)gb/t20928-2007中的要求，內(nèi)螺紋銅管產(chǎn)品按照產(chǎn)品名稱、牌號、狀態(tài)、 外徑、底壁厚、齒高加齒頂角、螺旋角、螺紋數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)編號的順序表示： 示例1：tp2m2φ9.52×0.30+0.20-53-18/60gb/t20928-20072、（用tp2制造的， 供應(yīng)狀態(tài)為

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)與理論對比,研究了r404a在外徑9.52mm內(nèi)螺紋管內(nèi)局部平均冷凝換熱系數(shù)。采用cavallini純工質(zhì)與混合工質(zhì)關(guān)聯(lián)式分別計(jì)算的冷凝換熱系數(shù),最大偏差不到4%。在工程計(jì)算r404a內(nèi)螺紋管內(nèi)冷凝換熱系數(shù)時(shí),可將其以純質(zhì)來對待。分析比較cavallini,yu-koyama和kaushink-azer關(guān)聯(lián)式,各自的理論預(yù)測值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比,表明cavallini關(guān)聯(lián)式的預(yù)測精度最高,其標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.76%。因此cavallini關(guān)聯(lián)式對于r404a在管內(nèi)的冷凝換熱預(yù)測有較好的適用性。研究結(jié)果對r404a冷凝器的工程設(shè)計(jì)及其優(yōu)化具有一定的參考意義。

本文主要介紹了亞臨界鍋爐內(nèi)螺紋管水冷壁工藝分析、工藝改進(jìn)及使用后的效果。

本文分析了螺紋管換熱器的強(qiáng)化傳熱的機(jī)理,論述了螺紋管換熱器的準(zhǔn)則方程,并提出了螺紋的最佳導(dǎo)程、槽深等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

碳鋼管接頭，內(nèi)螺紋sch80，規(guī)格尺寸見圖紙螺紋標(biāo)準(zhǔn)asmeb1.20. 尺寸數(shù)量單價(jià) 1/8"100 1/4"100 3/8"100 1/2"100 3/4"100 1"100 11/4"100 11/2"100 2"100 21/2"50 3"50 4"50 5"10 6"10 碳鋼半管接頭，內(nèi)螺紋sch80，規(guī)格尺寸見圖紙螺紋標(biāo)準(zhǔn)asmeb1.20. 尺寸數(shù)量單價(jià) 1/8"100 1/4"100 3/8"100 1/2"100 3/4"100 1"100 11/4"100 11/2"100 2"100 21/2"50 3"50 4"50 5"10 6"10 劉漫 2011*11*30

針對600mw超臨界"w"火焰鍋爐低質(zhì)量流速水冷壁所采用的內(nèi)螺紋管及鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù),在高壓汽水兩相流試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管中兩相流不穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究,并觀測到了壓力降和密度波兩種形式的脈動(dòng).在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)就系統(tǒng)壓力、質(zhì)量流速、進(jìn)口過冷度、上游可壓縮容積、出口節(jié)流度和不對稱加熱對兩相流不穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究和分析.試驗(yàn)表明,在垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管中,壓力降型脈動(dòng)出現(xiàn)在干度較低的水動(dòng)力曲線負(fù)斜率段,為兩管整體脈動(dòng),而密度波型脈動(dòng)出現(xiàn)在干度較高的正斜率區(qū)域,呈管間脈動(dòng).同時(shí),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,采用均相流模型得到了不穩(wěn)定發(fā)生的界限關(guān)系式,為超臨界鍋爐低質(zhì)量流速垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管水冷壁的設(shè)計(jì)與安全運(yùn)行提供了依據(jù).

在恒熱流條件下,對超臨界壓力co2在內(nèi)徑為9mm,繞徑為283mm,節(jié)距為32mm的螺旋管內(nèi)垂直上升混合對流的傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍為:進(jìn)口壓力8mpa、質(zhì)量流速0~650kg·m-2·s-1、內(nèi)壁熱負(fù)荷0~50kw·m-2。研究發(fā)現(xiàn):受熱螺旋管內(nèi)超臨界壓力co2的壁溫及傳熱特性由變物性、浮升力及離心力的耦合作用共同支配,變物性及浮升力影響的相對大小可用buoyancy數(shù)定性表征,當(dāng)bo>8×10-7時(shí),自然對流占主導(dǎo)作用,浮升力作用引起強(qiáng)烈的二次流效應(yīng),顯著強(qiáng)化傳熱;在浮升力和離心力共同作用下,截面周向溫度最低點(diǎn)出現(xiàn)在外下側(cè)區(qū)域,且當(dāng)浮升力作用占優(yōu)時(shí),底部區(qū)域的傳熱系數(shù)大于外側(cè),當(dāng)離心力作用占優(yōu)時(shí),底部區(qū)域的傳熱系數(shù)小于外側(cè)?；诒緦?shí)驗(yàn)獲取的2346個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),得出了計(jì)算nu實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,90%以上的實(shí)驗(yàn)值與擬合公式計(jì)算值偏差在±20%以內(nèi)。

介紹了紫銅內(nèi)螺紋管成型原理,成型裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)備性能