超臨界CO 2 豎直光管內(nèi)向上流動(dòng)摩擦壓降特性
發(fā)布時(shí)間：2021-11-21 03:20
超臨界流體被廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域,包括核工程、電力工程或航空工程等,但是由于物性劇烈的非線性變化,傳熱與表面摩擦取決于多種影響因素,導(dǎo)致超臨界流體的流動(dòng)壓降特性并未得到較好地揭示.本文研究了超臨界二氧化碳（CO2）在光滑圓管內(nèi)熱流密度qw、質(zhì)量流速G以及壓力P對(duì)摩擦壓降特性的影響,比較了超臨界CO2和常物性流體摩擦壓降特性,并提出了一個(gè)預(yù)測(cè)超臨界流體摩擦因子的新方法.結(jié)果表明,超臨界CO2的摩擦特性與常物性流體不同,物性的劇烈非線性變化導(dǎo)致其流動(dòng)特性異常復(fù)雜;摩擦壓降被多種邊界條件共同影響,可以表達(dá)為ΔPfexp/ΔPfiso=f（P, qw, G, Tb/Tw）的函數(shù)形式,其中ΔPfexp和ΔPfiso分別為超臨界流體摩擦壓降和等溫流體摩擦壓降, Tb和Tw分別為主流溫度和壁面溫度.隨著壓力增大,摩擦壓降迅速減小.給定入口溫度,超臨界沸騰數(shù)（supercritical boiling number, SBO）對(duì)傳熱惡化發(fā)生時(shí)的流動(dòng)特性有很大的影響,簡(jiǎn)單的物性修正不是有效方法.已存在的預(yù)測(cè)方法均不...
【文章來(lái)源】：科學(xué)通報(bào). 2020,65(32)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
不同SBO下的超臨界CO2流動(dòng)壓降特性
通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得8 mm管徑下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以評(píng)價(jià)不同關(guān)聯(lián)式的預(yù)測(cè)結(jié)果,如圖8所示.不同形式的關(guān)聯(lián)式均不能預(yù)測(cè)超臨界CO2的摩擦因子,尤其是當(dāng)摩擦因子大于0.03時(shí),Kirillov等人[9]的關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)能力最差,Mikheev[7]關(guān)聯(lián)式各項(xiàng)誤差均優(yōu)于另外兩個(gè)關(guān)聯(lián)式,但是結(jié)果非常發(fā)散.這些關(guān)聯(lián)式均是從理想的單相流體出發(fā),認(rèn)為超臨界流體的異常流動(dòng)傳熱行為是由物性變化導(dǎo)致的.但是,從三種不同類型的關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看,采用物性對(duì)等溫流體摩擦因子修正的方法并不能預(yù)測(cè)超臨界流體的摩擦因子.除此之外,我們之前的研究表明,單相理想的流體概念也同樣不能很好地處理超臨界流體的異常傳熱行為[17].但是,新關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)的平均相對(duì)誤差、平均絕對(duì)相對(duì)誤差和均方根相對(duì)誤差分別為–8.78%、18.86%和24.31%,精度大大提升.3 結(jié)論
如圖3所示為給定其他參數(shù),不同熱流密度、質(zhì)量流速或壓力下摩擦壓降隨焓值變化情況.相同焓值下,隨著熱流密度增大,摩擦壓降有所增加,不同熱流密度對(duì)摩擦壓降的影響較小(圖3(a)).圖3(b)所示為質(zhì)量流速對(duì)摩擦壓降的影響,隨著質(zhì)量流速?gòu)?000增大到1500 kg m–2s–1,相同焓值下的摩擦壓降迅速增大,尤其是在擬臨界點(diǎn)之后,質(zhì)量流速的影響更明顯.摩擦壓降隨質(zhì)量流速增大明顯主要是因?yàn)槟Σ翂航荡笮∨c質(zhì)量流速的二次方的關(guān)系,而摩擦因子的變化是導(dǎo)致摩擦壓降在擬臨界點(diǎn)前后不同的主要原因.在給定的質(zhì)量流速下,隨著焓值增大,摩擦壓降迅速增大.但是對(duì)于質(zhì)量流速為1500 kg m–2s–1,摩擦壓降增加的幅度明顯大于其他兩個(gè)質(zhì)量流速,質(zhì)量流速增大和密度降落是導(dǎo)致摩擦壓降劇烈變化的主要原因.如圖3(c)所示,壓力對(duì)摩擦壓降的影響在擬臨界點(diǎn)之前很小,但是隨著焓值經(jīng)過(guò)擬臨界點(diǎn),相同焓值下的摩擦壓降迅速降低,并且隨著焓值增大,摩擦壓降降低的程度增大這是由于壓力升高會(huì)使密度和黏度均增大,但是密度增大使摩擦壓降減小,而黏度增大使摩擦壓降增大,綜合效應(yīng)是摩擦壓降減小.顯然,密度變化對(duì)摩擦壓降影響更重要.張偉強(qiáng)等人[14]曾在超臨界流體流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)過(guò)程中報(bào)道過(guò)類似結(jié)果.圖3 不同參數(shù)對(duì)摩擦壓降的影響.(a)在din=8 mm、P=15.545 MPa和G=1500 kg m–2s–1下,熱流密度對(duì)摩擦壓降的影響;(b)在din=8 mm、P=15.545 MPa和qw=125.5 k W m–2下,質(zhì)量流速對(duì)摩擦壓降的影響;(c)在din=8 mm、G=1500 kg m–2s–1和qw=175 k W m–2下,壓力對(duì)摩擦壓降的影響
本文編號(hào)：3508665
【文章來(lái)源】：科學(xué)通報(bào). 2020,65(32)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
不同SBO下的超臨界CO2流動(dòng)壓降特性
通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得8 mm管徑下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以評(píng)價(jià)不同關(guān)聯(lián)式的預(yù)測(cè)結(jié)果,如圖8所示.不同形式的關(guān)聯(lián)式均不能預(yù)測(cè)超臨界CO2的摩擦因子,尤其是當(dāng)摩擦因子大于0.03時(shí),Kirillov等人[9]的關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)能力最差,Mikheev[7]關(guān)聯(lián)式各項(xiàng)誤差均優(yōu)于另外兩個(gè)關(guān)聯(lián)式,但是結(jié)果非常發(fā)散.這些關(guān)聯(lián)式均是從理想的單相流體出發(fā),認(rèn)為超臨界流體的異常流動(dòng)傳熱行為是由物性變化導(dǎo)致的.但是,從三種不同類型的關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看,采用物性對(duì)等溫流體摩擦因子修正的方法并不能預(yù)測(cè)超臨界流體的摩擦因子.除此之外,我們之前的研究表明,單相理想的流體概念也同樣不能很好地處理超臨界流體的異常傳熱行為[17].但是,新關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)的平均相對(duì)誤差、平均絕對(duì)相對(duì)誤差和均方根相對(duì)誤差分別為–8.78%、18.86%和24.31%,精度大大提升.3 結(jié)論
如圖3所示為給定其他參數(shù),不同熱流密度、質(zhì)量流速或壓力下摩擦壓降隨焓值變化情況.相同焓值下,隨著熱流密度增大,摩擦壓降有所增加,不同熱流密度對(duì)摩擦壓降的影響較小(圖3(a)).圖3(b)所示為質(zhì)量流速對(duì)摩擦壓降的影響,隨著質(zhì)量流速?gòu)?000增大到1500 kg m–2s–1,相同焓值下的摩擦壓降迅速增大,尤其是在擬臨界點(diǎn)之后,質(zhì)量流速的影響更明顯.摩擦壓降隨質(zhì)量流速增大明顯主要是因?yàn)槟Σ翂航荡笮∨c質(zhì)量流速的二次方的關(guān)系,而摩擦因子的變化是導(dǎo)致摩擦壓降在擬臨界點(diǎn)前后不同的主要原因.在給定的質(zhì)量流速下,隨著焓值增大,摩擦壓降迅速增大.但是對(duì)于質(zhì)量流速為1500 kg m–2s–1,摩擦壓降增加的幅度明顯大于其他兩個(gè)質(zhì)量流速,質(zhì)量流速增大和密度降落是導(dǎo)致摩擦壓降劇烈變化的主要原因.如圖3(c)所示,壓力對(duì)摩擦壓降的影響在擬臨界點(diǎn)之前很小,但是隨著焓值經(jīng)過(guò)擬臨界點(diǎn),相同焓值下的摩擦壓降迅速降低,并且隨著焓值增大,摩擦壓降降低的程度增大這是由于壓力升高會(huì)使密度和黏度均增大,但是密度增大使摩擦壓降減小,而黏度增大使摩擦壓降增大,綜合效應(yīng)是摩擦壓降減小.顯然,密度變化對(duì)摩擦壓降影響更重要.張偉強(qiáng)等人[14]曾在超臨界流體流動(dòng)傳熱實(shí)驗(yàn)過(guò)程中報(bào)道過(guò)類似結(jié)果.圖3 不同參數(shù)對(duì)摩擦壓降的影響.(a)在din=8 mm、P=15.545 MPa和G=1500 kg m–2s–1下,熱流密度對(duì)摩擦壓降的影響;(b)在din=8 mm、P=15.545 MPa和qw=125.5 k W m–2下,質(zhì)量流速對(duì)摩擦壓降的影響;(c)在din=8 mm、G=1500 kg m–2s–1和qw=175 k W m–2下,壓力對(duì)摩擦壓降的影響
本文編號(hào)：3508665
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