小尺度矩形通道內(nèi)碳?xì)淙剂狭鲃蛹皬娀瘋鳠嵫芯?/H1>
發(fā)布時間：2020-05-09 23:04
【摘要】：小尺度矩形冷卻通道在工業(yè)換熱設(shè)備、核電站設(shè)備及航空航天動力熱防護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛,其內(nèi)部的流動傳熱過程倍受研究者們關(guān)注。其中,以超臨界碳?xì)淙剂蠟槔鋮s劑工質(zhì)的單面加熱冷卻通道不同于周向均勻加熱的圓形冷卻通道,存在跨臨界流動、溫度分布不均勻等自身特殊性。本文以毫米量級矩形通道為研究載體,開展了基于三維流/固/熱耦合模型的流動傳熱數(shù)值計算和實驗研究。本文采用物性計算方法對超臨界壓力下的正癸烷進(jìn)行了熱物性處理,并考慮高壓影響對一些參數(shù)計算進(jìn)行了修正,結(jié)果與NIST數(shù)據(jù)庫對比平均誤差在10%以內(nèi);為討論單面加熱件下通道內(nèi)的溫度不均勻現(xiàn)象形成機理及其對傳熱影響的規(guī)律,本文建立了四種不同通道高寬比AR=1,2,4,8數(shù)值計算模型,通過定義溫度不均勻系數(shù)及有效湍流熱擴散系數(shù),詳細(xì)分析了溫度分層形成機理及對傳熱的影響,結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)增加高寬比可以起到增強換熱的效果;最后,通過對比計算有無固體域模型,說明考慮固體域耦合計算的必要性。在通道高寬比研究的基礎(chǔ)上,為了探索在小尺度矩形通道內(nèi)的強化傳熱方法,本文基于換熱設(shè)備中常用的三種強化換熱方式,粗糙元、三角翼渦發(fā)生器及壁面球凹陷,對比開展了強化換熱機理及效果研究。結(jié)果表明渦發(fā)生器強化換熱效果最明顯,而球凹陷流動阻力最低。考慮壓降損失影響,球凹陷強化換熱方法在小尺度矩形通道內(nèi)應(yīng)用潛力很大。以球凹陷強化換熱元為研究對象,考慮單通道側(cè)壁影響效應(yīng),討論了凹陷的排布間距及方式對通道內(nèi)流動傳熱的影響。凹陷排布間距較小時,可以獲得較好的強化換熱效果,但是帶來的壓降損失也較大;在基于相同凹陷排布密度的前提下,相比于單排凹陷雙排凹陷可以獲得更高的換熱性能和更低的流動損失。而且,兩種排布方式下通道內(nèi)的流動現(xiàn)象存在很大差異;相比于光滑通道,在一定溫度范圍(亞臨界區(qū))雙排凹陷能夠起到強化換熱效果,而在超臨界溫區(qū)并不能獲得強化換熱效果。本文最后建立基于窄縫矩形通道的強化傳熱實驗平臺,對帶有球凹陷的通道和光滑通道開展了不同預(yù)熱段出口溫度和冷卻流量條件下的換熱效果測量。實驗結(jié)果表明,球凹陷可以明顯起到強化換熱效果,且在亞臨界溫度范圍內(nèi)傳熱溫度增加,球凹陷強化傳熱效果逐漸增強。
【圖文】：
屬于小通道的范疇[6,7]，如圖1-1 所示。由于窄縫效應(yīng)存在，這種通道本身傳熱效果優(yōu)于常規(guī)通道的傳熱效應(yīng)，單位堆芯體積內(nèi)的傳熱面積大于棒狀燃料組件。反應(yīng)堆的裂變反應(yīng)中，在厚度僅為幾毫米的中子靶板上的熱流達(dá)到 10MW/m2，所以為保障反應(yīng)堆的安全運行，高效地疏散如此高的熱流對冷卻系統(tǒng)內(nèi)的換熱提出了嚴(yán)峻的考驗[8]。設(shè)計靶板換熱結(jié)構(gòu)時，高強度傳熱、低功耗的換熱器是目前關(guān)注的焦點之一。
現(xiàn)在的高性能燃?xì)廨啓C的透平入口溫度在 2300K 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有金屬材料的使用溫度上限，，因此就需要發(fā)展先進(jìn)的冷卻技術(shù)。如圖 1-3所示，從燃?xì)廨啓C誕生至今，為了不斷提高燃?xì)廨啓C的 RIT，工程科學(xué)家們發(fā)展了不同的冷卻方法，以滿足國防和工業(yè)需求。但是，隨著人們在航空動力方面追求更大推重比、更高效率的發(fā)展趨勢，現(xiàn)有的冷卻技術(shù)不足以滿足透平葉片的冷卻需求。這就迫使主動冷卻技術(shù)向著傳熱效果更佳的方向發(fā)展。因此，在面對未來大推重比、高負(fù)荷的燃?xì)廨啓C發(fā)展需求時，發(fā)展更為先進(jìn)的冷卻技術(shù)對保障透平工作的可靠性和使用壽命有著重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前3條
1 王海剛;黃軍;陳秋煬;曾敏;王秋旺;;窄間隙矩形通道內(nèi)縱向渦發(fā)生器間距的數(shù)值優(yōu)化[J];工程熱物理學(xué)報;2009年01期
2 武俊梅;陶文銓;;縱向渦強化通道內(nèi)換熱的數(shù)值研究及機理分析[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2006年09期
3 羅毓珊;王海軍;陳聽寬;陳建華;吳海波;;方形小通道內(nèi)高參數(shù)下煤油傳熱與阻力特性[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2008年03期
相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條
1 唐新宜;矩形通道內(nèi)流動與強化傳熱的實驗與數(shù)值研究[D];華南理工大學(xué);2012年
本文編號：2656879
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dongligc/2656879.html
【圖文】：
屬于小通道的范疇[6,7]，如圖1-1 所示。由于窄縫效應(yīng)存在，這種通道本身傳熱效果優(yōu)于常規(guī)通道的傳熱效應(yīng)，單位堆芯體積內(nèi)的傳熱面積大于棒狀燃料組件。反應(yīng)堆的裂變反應(yīng)中，在厚度僅為幾毫米的中子靶板上的熱流達(dá)到 10MW/m2，所以為保障反應(yīng)堆的安全運行，高效地疏散如此高的熱流對冷卻系統(tǒng)內(nèi)的換熱提出了嚴(yán)峻的考驗[8]。設(shè)計靶板換熱結(jié)構(gòu)時，高強度傳熱、低功耗的換熱器是目前關(guān)注的焦點之一。
現(xiàn)在的高性能燃?xì)廨啓C的透平入口溫度在 2300K 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有金屬材料的使用溫度上限，，因此就需要發(fā)展先進(jìn)的冷卻技術(shù)。如圖 1-3所示，從燃?xì)廨啓C誕生至今，為了不斷提高燃?xì)廨啓C的 RIT，工程科學(xué)家們發(fā)展了不同的冷卻方法，以滿足國防和工業(yè)需求。但是，隨著人們在航空動力方面追求更大推重比、更高效率的發(fā)展趨勢，現(xiàn)有的冷卻技術(shù)不足以滿足透平葉片的冷卻需求。這就迫使主動冷卻技術(shù)向著傳熱效果更佳的方向發(fā)展。因此，在面對未來大推重比、高負(fù)荷的燃?xì)廨啓C發(fā)展需求時，發(fā)展更為先進(jìn)的冷卻技術(shù)對保障透平工作的可靠性和使用壽命有著重要的意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前3條
1 王海剛;黃軍;陳秋煬;曾敏;王秋旺;;窄間隙矩形通道內(nèi)縱向渦發(fā)生器間距的數(shù)值優(yōu)化[J];工程熱物理學(xué)報;2009年01期
2 武俊梅;陶文銓;;縱向渦強化通道內(nèi)換熱的數(shù)值研究及機理分析[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2006年09期
3 羅毓珊;王海軍;陳聽寬;陳建華;吳海波;;方形小通道內(nèi)高參數(shù)下煤油傳熱與阻力特性[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2008年03期
相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條
1 唐新宜;矩形通道內(nèi)流動與強化傳熱的實驗與數(shù)值研究[D];華南理工大學(xué);2012年
本文編號：2656879
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