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Numerical Investigation of Boundary Grid Effect on Heat Transfer Computation of RP-3 at Supercritical Temperature of Helical Tube Wall

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Journal of Thermal Science 2021年第2期30卷 504-516页

作者： LIU Shaobei bao zewei HUANG Weixing ZENG Tao QIAO Min MENG Jiancheng School of Chemical Engineering Sichuan UniversityChengdu 610065China School of Mechanical Engineering Sichuan University of Science&EngineeringZigong 643000China Sichuan Provincial Key Lab of Process Equipment and Control Zigong 643000China

To get reliable computational results,the RNG k-ε turbulence model with enhanced wall treatment was validated to solve the heat transfer of supercritical RP-3 in a helically coiled tube,and models of the thermo-physical properties of RP-3 were optimally *** significantly,the grid independence was validated by two-step procedure,and the effect of boundary grids of the supercritical-temperature wall on the computational accuracy was well *** adjusting boundary-layer girds' size,four regions (increased,pseudo-convergence,decreased and convergence) of the outlet temperature Tout were obtained and *** results showed that the maximum computation errors of Tout and the pressure differential between the inlet and outlet ΔP reached 20.65% and 98.15%,respectively,indicating that boundary grids have a significant influence on computation of flow and heat *** on this,a dimensionless distance from the wall-adjacent cell to the wall y+=Prw-1/1.78 (Prw denotes Wall Prandtl number) was recommended as a convergence *** variation laws of viscous length scale y* were discussed under different structural parameters,operation parameters,and helical *** explicit model of y* was proposed to calculate the height (y) of the first boundary layer grids and refine boundary grids efficiently.A modified model for coefficient of fiiction factor Cf was proposed based on Rogers's,and Nusselt number Nu was proposed based on an analogy of momentum and heat *** above models about y*,Cf and Nu could apply to both the entrance region and the whole tube length,and showed good performance when Reynolds number was extended to above 70 000,or whenever the outlet temperature is below or above the critical point.

关键词： supercritical heat transfer helically coiled tube aviation kerosene dimensionless wall distance viscous length scale

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Thermal cracking characteristics of n-decane in the rectangular and circular tubes

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2019年第12期27卷 2876-2883页

作者： Zhiliang Lei Bin Liu Qin Huang Kuo He zewei bao Quan Zhu Xiangyuan Li School of Chemical Engineering Sichuan UniversityChengdu 610065China

To investigate the effect of regenerative cooling channel geometry on pyrolysis of endothermic hydrocarbon fuel,a series of supercritical pyrolysis experiments of n-decane in the rectangular and circular tubes were ***,sensitivity analysis of production of propylene and methane as well as CFD simulation were also *** results showed that gas yield and conversion in the circular tube with an inner diameter of 2 mm had a similar tendency with the one of 1.5 mm in inner *** conversion in the circular tube was much less than that in the rectangular tube at the same outlet *** heat sink of the rectangular tube at the same outlet temperature was larger than that of circular tubes,but the temperature at the corner of the rectangular tube was relatively *** to the experimental data of the test tubes,a correlation between the conversion and the temperature in the rectangular and circular tubes at the same outlet temperature was fitted,providing a reference for the design of regenerative cooling channels.

关键词： Hydrocarbons Supercritical fluid Pyrolysis Rectangular tube Circular tube

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内螺旋管金属氢化物反应器吸氢过程数值分析及优化

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四川大学学报（工程科学版） 2015年第5期47卷 185-190页

作者：鲍泽威刘亮袁晟毅四川大学化学工程学院四川成都610065

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,采用田口方法对内置螺旋换热管的氢化物反应器进行了优化研究。建立金属氢化物反应器的3维多物理场耦合模型并采用COMSOL Multiphysics V4.4软件来求解。采用田口方法安排出具有代表性的螺旋结... 详细信息

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,采用田口方法对内置螺旋换热管的氢化物反应器进行了优化研究。建立金属氢化物反应器的3维多物理场耦合模型并采用COMSOL Multiphysics V4.4软件来求解。采用田口方法安排出具有代表性的螺旋结构参数组合,通过反应器模型计算得到各个组合的性能。结果表明:螺旋管的换热系数和换热面积都较大,因此内置螺旋管的氢化物反应器的性能较理想;随着螺旋数N和螺旋管直径do的增加,反应器的单位重量蓄热功率GHSR大大提高,而螺旋线直径D对反应器性能影响很小;最优的螺旋管参数组合为:D=32 mm、N=6和do=8 mm,相应的GHSR达到62.90 W/kg。

关键词：金属氢化物反应器螺旋换热管田口方法蓄热

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金属氢化物热泵反应器吸氢过程的温度变化特性

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西安交通大学学报 2016年第3期50卷 76-80,105页

作者：鲍泽威杨福胜吴震张早校四川大学化学工程学院成都610065 西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

为了研究金属氢化物反应器的温度变化趋势与规律,搭建了反应器性能测试装置,通过实验获得了吸氢反应过程中氢化物床层和换热流体的温度变化数据。实验结果表明:床层最高温度和换热流体出口温度都随着供氢压力的增大而升高。当供氢压力从... 详细信息

为了研究金属氢化物反应器的温度变化趋势与规律,搭建了反应器性能测试装置,通过实验获得了吸氢反应过程中氢化物床层和换热流体的温度变化数据。实验结果表明:床层最高温度和换热流体出口温度都随着供氢压力的增大而升高。当供氢压力从0.6MPa提高到1.0MPa时,床层最高温度从56.6℃提高到71.8℃。考虑到经济性与安全性等问题,对于镧基金属氢化物反应器其供氢压力最好限定在1.6MPa以下。换热流体流量越大则床层温度下降得越快,但其强化效果有限。流体出口温度升高幅度则随着流量增大而显著降低,但床层最高温度几乎无变化。氢气注入流量越大,反应器内氢气压力升高得越快,相应地氢化反应越快。通过改变氢气流量可以控制放热反应过程,从而更好地适应用热需求。

关键词：金属氢化物反应器热泵温度变化

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金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

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西安交通大学学报 2012年第9期46卷 49-54页

作者：鲍泽威杨福胜吴震张早校西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 西安交通大学苏州研究院江苏苏州215123

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对... 详细信息

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002m2.K/W减小到0.000 5m2.K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5%;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.

关键词：金属氢化物反应器热质传递多物理场模型

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金属氢化物储氢反应器放氢特性的数值模拟

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工程科学与技术 2021年第2期53卷 151-157页

作者：鲍泽威朱泽志牟晓锋闫栋四川大学化学工程学院四川成都610065

为了研究金属氢化物储氢反应器放氢过程的热质传递特性,建立了金属氢化物反应器的2维轴对称数学模型。此反应器内装填了Ti_(0.95)Zr_(0.05)Mn_(1.55)V_(0.45)Fe_(0.09)储氢合金和膨胀石墨组成的复合压块。通过与文献中实验数据的对比验... 详细信息

为了研究金属氢化物储氢反应器放氢过程的热质传递特性,建立了金属氢化物反应器的2维轴对称数学模型。此反应器内装填了Ti_(0.95)Zr_(0.05)Mn_(1.55)V_(0.45)Fe_(0.09)储氢合金和膨胀石墨组成的复合压块。通过与文献中实验数据的对比验证了所建立模型的有效性。考察了换热流体温度、流体平均流速和氢气排出压力变化对金属氢化物反应器放氢过程的影响,比较了优化操作参数和基准操作参数下的放氢性能。并对优化操作参数下放氢反应过程特征进行了分析。模拟结果表明:换热管附近床层区域的换热效果更好,放氢反应进行得更快。当换热流体温度从313.15 K升高到353.15 K时,放氢时间从17100 s降低到了6700 s。虽然提高换热流体平均流速可以缩短反应器的放氢反应时间,但其强化效果是很有限的。当换热流体流速超过3 m/s时,氢化物床与换热管壁之间的接触热阻成为整个传热过程的主要热阻,增加流速的强化效果已不明显。优化后的操作参数为:氢气排出压力为0.3 MPa、换热流体温度为353.15 K、换热流体平均流速为3 m/s。与基准操作参数相比,放氢反应时间缩短了约56%,对操作参数的优化能够显著地提高反应器的放氢速率。Ti_(0.95)Zr_(0.05)Mn_(1.55)V_(0.45)Fe_(0.09)合金的放氢反应过程仅仅在前4 s内主要受氢气压力的控制,而随后的反应过程主要是受传热过程控制。

关键词：金属氢化物储氢反应器放氢过程数值模拟

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内置双螺旋结构换热管金属氢化物反应器的传热性能

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工程科学与技术 2023年第3期55卷 209-216页

作者：牟晓锋袁晟毅鲍泽威黄卫星四川大学化学工程学院四川成都610065

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的单进–出口的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的3维数学模型,并采用COMSOL Multiphysics 5.2a软件进行求解。首先,通过热阻分析发现,在不同换热流体... 详细信息

针对金属氢化物反应器传热性能较差的问题,提出了更紧凑高效的单进–出口的双螺旋结构换热管。建立了内置螺旋管的金属氢化物反应器的3维数学模型,并采用COMSOL Multiphysics 5.2a软件进行求解。首先,通过热阻分析发现,在不同换热流体入口平均流速(0.5~3.0 m/s)下,导程为15 mm的单螺旋换热管管内对流传热热阻占总热阻的百分比为8.5%~45.2%,这表明管内对流传热热阻对反应器的传热性能有很大影响。然后,研究了换热流体入口平均流速对反应器传热性能的影响,确定了模拟中换热流体入口平均流速的范围,对比分析了单、双螺旋结构对反应器性能的影响。结果表明:当换热流体入口平均流速大于0.5 m/s时,能达到较好的换热效果,换热流体的平均真实温升趋于稳定。减小螺旋导程可以明显提高换热流体的平均真实温升及反应器的传热和输出性能。对于导程为60 mm的单、双螺旋结构管,床层平均温度降至300 K所用时间分别为7000 s和3000 s。导程为30 mm的双螺旋结构管的单位重量输出㶲功率比导程为15 mm的单螺旋结构管更高,可见双螺旋结构管反应器的传热和输出性能均优于单螺旋结构管反应器。双螺旋结构管具有更大的换热面积,在反应器床层内的位置分布更加均匀,从而提升了反应器的传热和输出性能。

关键词：金属氢化物反应器螺旋管双螺旋结构传热性能

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机械合金化Mg_2Ni储氢材料的吸氢动力学实验研究

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西安交通大学学报 2013年第5期47卷 44-50页

作者：曹鑫鑫杨福胜吴震鲍泽威张早校西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 西安交通大学苏州研究院江苏苏州215123

为了研究压力和温度对Mg2Ni储氢合金动力学性能的影响以及吸氢反应机理,采用机械合金化的方法制备了Mg2Ni储氢合金。利用P-C-T测试仪进行活化并测试其吸氢动力学特性,并在实验的基础上结合3种常用的动力学模型分析了Mg2Ni合金吸氢反应... 详细信息

为了研究压力和温度对Mg2Ni储氢合金动力学性能的影响以及吸氢反应机理,采用机械合金化的方法制备了Mg2Ni储氢合金。利用P-C-T测试仪进行活化并测试其吸氢动力学特性,并在实验的基础上结合3种常用的动力学模型分析了Mg2Ni合金吸氢反应的控速步骤。结果表明:Mg2Ni合金在673K、7.4MPa条件下活化3次就能够基本活化完全,吸收1mol氢气所需活化能为43.47kJ;温度对其动力学性能影响不明显,相反压力的影响比较大,吸氢反应速率和吸氢量都随压力的升高而增加;实验结果与JDM和JMA动力学模型比较吻合;金属氢化物形核长大与氢原子在产物层中的扩散过程是Mg2Ni合金吸氢反应的混合控速步骤。

关键词：储氢合金活化动力学机械合金化

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镓铟锡合金—航空煤油U型套管换热器的传热特性研究

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化工设备与管道 2023年第1期60卷 34-42页

作者：刘彭华鲍泽威王仁婷四川大学化工学院四川成都610065

以液态镓铟锡合金作为冷却剂的换热方案有可能成为解决发动机燃烧室壁面温度过高的优良方案。液态镓铟锡合金在吸收燃烧室壁面的热量后需通过换热器将热量传递给飞机上的燃油,燃油在换热过程中伴随着裂解反应。对镓铟锡合金-航空煤油U... 详细信息

以液态镓铟锡合金作为冷却剂的换热方案有可能成为解决发动机燃烧室壁面温度过高的优良方案。液态镓铟锡合金在吸收燃烧室壁面的热量后需通过换热器将热量传递给飞机上的燃油,燃油在换热过程中伴随着裂解反应。对镓铟锡合金-航空煤油U型套管换热器内航空煤油的裂解与换热特性过程进行研究。研究结果表明:与不考虑裂解反应相比,考虑裂解反应的换热过程的热侧流体出口温度降低了14.39K,冷侧流体出口温度降低了5.85K,传热量增加了28.9W。其出口温度降低,同时传热量增加是由于裂解反应提供的额外的化学热沉。RP-3入口温度、RP-3入口流量、镓铟锡合金入口温度、镓铟锡合金入口流量对两侧流体的出口温度和传热量均有显著的影响。RP-3流量增加的情况下裂解反应对传热起增强作用;镓铟锡合金流量增加时,裂解反应对传热起恶化作用。裂解反应引起的传热强化与恶化相伴相随。与此同时发现换热器内高流速流体区域沿着流动方向逐渐向管外侧偏移,管内温度分层现象显著,流场分布的不均性明显。

关键词：航空煤油 U型套管换热器裂解反应流动换热

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金属氢化物热压缩机吸放氢传热传质的对称性研究

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西安交通大学学报 2013年第9期47卷 119-125页

作者：马进成杨福胜王玉琪吴震鲍泽威张早校曹建党西北大学化工学院西安710069 西安交通大学化学工程与技术学院西安710049 西安西骏新材料有限公司西安710086

针对金属氢化物热压缩机(MHTC)在实际应用过程中存在的吸放氢非对称性限制,开展了MHTC传热传质对称性的研究和优化。根据局部热平衡模型,以2D圆环剖面为计算区域,对MHTC多管束反应器实施了模拟,并对模拟过程中的参数及结构进行了优化。... 详细信息

针对金属氢化物热压缩机(MHTC)在实际应用过程中存在的吸放氢非对称性限制,开展了MHTC传热传质对称性的研究和优化。根据局部热平衡模型,以2D圆环剖面为计算区域,对MHTC多管束反应器实施了模拟,并对模拟过程中的参数及结构进行了优化。优化结果表明:以4层管的多管束反应器为基准,改变吸放氢反应条件能改善反应过程的不对称性特征,即吸、放氢压力分别为2、0.05MPa,温度为293、393K,传热系数为1 000 W/(m2·K)时,吸氢反应分率由0.1上升到0.9;放氢反应分率由0.9降至0.1时,所用时间分别为350和360s,温度变化幅度分别为40和43K,显示出明显的对称性。在反应前20s内,放氢过程中平衡压力的变化剧烈,占平衡压力总变化量的50%以上,为反应过程中的高效反应阶段。

关键词：金属氢化物热压缩机反应器传热传质

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