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方形通道内超临界碳氢燃料传热恶化数值研究

推进技术 2016年第12期37卷 2377-2384页

作者：王彦红李素芬大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

为了深入理解火箭发动机再生冷却过程中碳氢燃料的流动传热规律,采用RNG k-ε湍流模型结合增强壁面处理方法对非对称受热(上壁面外侧加热)方形冷却通道内超临界压力甲烷的对流换热进行了数值研究。重点考察了加热壁面内侧的传热恶化以... 详细信息

为了深入理解火箭发动机再生冷却过程中碳氢燃料的流动传热规律,采用RNG k-ε湍流模型结合增强壁面处理方法对非对称受热(上壁面外侧加热)方形冷却通道内超临界压力甲烷的对流换热进行了数值研究。重点考察了加热壁面内侧的传热恶化以及由传热恶化和固壁热传导共同作用引起的热流异常传递现象,拟合得到了传热恶化的临界热流密度和起始内壁温关系式、加热侧内壁面和侧壁面内侧平均热流密度的预测关系式。结果表明:当外壁热流密度和质量流速比值高于0.288 k J/kg时,近壁流体流动加速诱发了加热侧内壁面的传热恶化;同时,固体区域温度畸变导致加热侧内壁面热流密度减小,热流更多地向侧壁面内侧传导。运行压力越低,该现象越显著。

关键词：冷却通道超临界压力甲烷传热恶化异常热传导数值研究

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甲烷跨临界传热恶化影响因素分析

推进技术 2020年第2期41卷 382-389页

作者：张萌孙冰北京航空航天大学宇航学院北京100191

为了研究甲烷在跨临界条件下传热恶化现象的产生机理及影响因素,对非对称加热条件下矩形通道内甲烷的跨临界流动与传热进行了三维数值仿真计算,并就不同出口压力和壁面粗糙度对结果的影响进行了讨论。仿真结果表明,甲烷在通道中由于温... 详细信息

为了研究甲烷在跨临界条件下传热恶化现象的产生机理及影响因素,对非对称加热条件下矩形通道内甲烷的跨临界流动与传热进行了三维数值仿真计算,并就不同出口压力和壁面粗糙度对结果的影响进行了讨论。仿真结果表明,甲烷在通道中由于温度分层,使得其靠近壁面处的拟临界温度附近存在一段区域,其定压比热容处于极大值而热导率处于极小值。二者均会阻碍流体之间的传热,导致传热恶化现象的发生。此外,将出口压力从6MPa提高到10MPa和14MPa,表面平均传热系数分别增大了18.9%和6.5%,壁面平均温度分别降低了22.9%和16.3%。将壁面粗糙度从0μm提高到3.2μm和5μm,表面平均传热系数分别增大了56.3%和92.6%,壁面平均温度分别降低了29.1%和39.3%。这表明,增大出口压力与壁面粗糙度均可以抑制传热恶化,显著降低壁面温度。然而,当出口压力过大时,由于甲烷吸热能力的降低反而会导致冷却效率下降。

关键词：再生冷却数值仿真甲烷跨临界传热恶化

超临界压力航空煤油热声振荡与传热恶化实验研究

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推进技术 2016年第3期37卷 401-410页

作者：王彦红李素芬东明浦航大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

为了深入理解超燃冲压发动机再生冷却系统中碳氢燃料的流动传热规律,对竖直上升圆管内RP-3航空煤油的超临界对流换热做了实验研究。详细探讨了质量流速、热流密度、压力等对管壁温度和换热系数分布的影响,并拟合得到了过渡区和湍流区的... 详细信息

为了深入理解超燃冲压发动机再生冷却系统中碳氢燃料的流动传热规律,对竖直上升圆管内RP-3航空煤油的超临界对流换热做了实验研究。详细探讨了质量流速、热流密度、压力等对管壁温度和换热系数分布的影响,并拟合得到了过渡区和湍流区的对流换热经验关系式。结果表明:近临界和较高压力下的换热呈现出迥异的特征。在近临界压力过渡区的高进口过冷度工况,近壁流体密度和黏度的综合作用引起了热声振荡现象,使换热显著增强;而主流温度处于拟临界温度附近时却出现了由近壁流体体积急剧膨胀导致的传热恶化现象。在高压力下,过渡区热声振荡和湍流区传热恶化都不会出现,但低质量流速时强浮升力使过渡区进口段出现了严重的壁温飞升现象。新关系式具有良好的适用性,预测值与实验值的相对误差在20%以内。

关键词：超临界压力航空煤油热声振荡传热恶化实验研究

近临界压力区传热恶化对超临界锅炉水冷壁温度场的影响

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中国电机工程学报 2009年第35期29卷 48-53页

作者：阎维平李春燕米翠丽梁秀俊华北电力大学能源与动力工程学院河北省保定市071003

采用双线性四边形法对螺旋管圈水冷壁和鳍片进行了剖分。将螺旋管圈水冷壁在平面上展开并划分为7个区段,采用分区段热力计算的方法确定各区段平均热负荷,通过对焓增值的计算确定各管工质在各个区段入口和出口的压力和温度。在螺旋管圈... 详细信息

采用双线性四边形法对螺旋管圈水冷壁和鳍片进行了剖分。将螺旋管圈水冷壁在平面上展开并划分为7个区段,采用分区段热力计算的方法确定各区段平均热负荷,通过对焓增值的计算确定各管工质在各个区段入口和出口的压力和温度。在螺旋管圈出口位置布置了温度测点,计算了在70%锅炉最大连续蒸发量(boiler maximum continuous rating,BMCR)、65%BMCR、60%BMCR3种工况下的各段校核水冷壁壁面温度,通过螺旋管圈出口处计算值与测量值的比较验证了计算模型的合理性。采用传热恶化试验关联式,预测了超临界锅炉运行在近临界压力区发生传热恶化后的最高管壁温度,为锅炉的安全运行提供了比较可靠的参考数据。

关键词：近临界螺旋管圈水冷壁传热恶化温度场

垂直上升管内超临界二氧化碳传热恶化机理分析

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化工学报 2023年第8期74卷 3309-3319页

作者：洪瑞袁宝强杜文静山东大学能源与动力工程学院山东济南250061

超临界二氧化碳(SCO_(2))流动传热过程中会发生传热恶化现象,领域内对该现象产生的机理仍存在较大争议。针对现有提出的四类不同的传热恶化机理,通过数值模拟研究,分析在不同工况下内径为5 mm的垂直上升管流动传热过程,从微观层面探究... 详细信息

超临界二氧化碳(SCO_(2))流动传热过程中会发生传热恶化现象,领域内对该现象产生的机理仍存在较大争议。针对现有提出的四类不同的传热恶化机理,通过数值模拟研究,分析在不同工况下内径为5 mm的垂直上升管流动传热过程,从微观层面探究传热恶化机理。研究结果表明,四类机理观点中浮升力效应能更好地解释传热恶化现象,其他三类均具有一定的局限性。SCO_(2)传热恶化现象主要由密度变化引起的浮升力效应导致,当前工况下忽略重力影响时,传热恶化消失。浮升力效应通过改变内部流场的湍流结构,降低了湍动能的产生(层流化),湍流热扩散作用削弱使得传热效率下降,导致了传热恶化现象。研究结果对于SCO_(2)传热恶化的理论研究和预测关联式具有一定的指导意义。

关键词：超临界二氧化碳数值模拟传热恶化浮升力传热

竖直下降圆管内超临界压力RP-3航空煤油传热恶化实验研究

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推进技术 2022年第6期43卷 255-263页

作者：王彦红东明李素芬陆英楠东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012 大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

为理解空-油换热器中的冷却换热特性,对竖直下降圆管内超临界压力RP-3航空煤油的换热进行了实验研究。探究了稳态换热特征和换热机理,探讨了质量流量、热流密度、运行压力和进口温度对换热的影响;基于拟沸腾数提出了传热恶化的临界准则... 详细信息

为理解空-油换热器中的冷却换热特性,对竖直下降圆管内超临界压力RP-3航空煤油的换热进行了实验研究。探究了稳态换热特征和换热机理,探讨了质量流量、热流密度、运行压力和进口温度对换热的影响;基于拟沸腾数提出了传热恶化的临界准则以及壁温最大飞升值的预测准则;通过浮升力和热加速判别准则分析了两者对换热的影响;实现了换热关联式预测。结果表明:浮升力和热加速对换热的影响可以忽略。拟沸腾换热机制,即近壁流体膨胀力相比惯性力占主导时,类气态流体层覆盖壁面是传热恶化的原因。当拟沸腾数高于2.5×10时,拟沸腾换热机制起作用。最后,探究了泄压过程中的瞬态换热特征。泄压过程中拟沸腾数不断增大,传热恶化加剧,高泄压速率下甚至出现壁温波动。

关键词：超临界压力航空煤油拟沸腾数传热恶化临界准则

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超临界压力下航空煤油传热恶化判别准则

推进技术 2019年第11期40卷 2528-2536页

作者：王彦红李素芬东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012 大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

为防止航空发动机热防护中的传热恶化现象,对竖直上升圆管内超临界压力RP-3航空煤油的换热开展了实验研究。着重考察了热流密度、进口压力、进口温度等运行参数对传热恶化的影响。探究了传热恶化特性,获得了传热恶化起始条件判别准则。... 详细信息

为防止航空发动机热防护中的传热恶化现象,对竖直上升圆管内超临界压力RP-3航空煤油的换热开展了实验研究。着重考察了热流密度、进口压力、进口温度等运行参数对传热恶化的影响。探究了传热恶化特性,获得了传热恶化起始条件判别准则。进一步分析了浮升力和热加速对传热恶化的影响,建立了适用于航空煤油新的浮升力和热加速判别准则,以及考虑两者影响的换热关联式。结果表明:航空煤油传热恶化出现在Nu/Nu01.6×10^-6或热加速因子Ac>3.3×10^-6时,引发传热恶化现象。换热关联式兼顾了浮升力和热加速影响,具有较高的预测精度。

关键词：超临界压力航空煤油传热恶化浮升力热加速判别准则

方形通道内超临界压力二氧化碳传热恶化数值研究

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1888-1897页

作者：王彦红李雨健李洪伟东明东北电力大学能源与动力工程学院吉林132012 大连理工大学能源与动力学院大连116024

基于二氧化碳代替碳氢燃料进行航空发动机热防护的应用,开展方形冷却通道内超临界二氧化碳传热恶化数值研究。探究沿通道轴向和周向的换热特征,通过温度、局部流量、流线的分布情况揭示传热恶化的原因,进一步通过边界层分析阐述传热恶... 详细信息

基于二氧化碳代替碳氢燃料进行航空发动机热防护的应用,开展方形冷却通道内超临界二氧化碳传热恶化数值研究。探究沿通道轴向和周向的换热特征,通过温度、局部流量、流线的分布情况揭示传热恶化的原因,进一步通过边界层分析阐述传热恶化的演变过程。考察运行压力和壁面粗糙度对换热的影响机制。获得不同运行压力和壁面粗糙度下的传热恶化临界热流密度,建立临界热流密度预测准则。结果表明:通道顶部壁面附近高温类气态层、局部流量减小和流线畸变是传热恶化的特征,缓冲层出现湍动能剧减和流速峰值是传热恶化的原因。提高运行压力和增大壁面粗糙度有利于抑制传热恶化问题,所建准则(误差±15%)可实现对传热恶化临界热流密度的良好预测。

关键词：方形通道超临界压力二氧化碳传热恶化边界层

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立式螺旋管汽液两相流沸腾传热恶化实验研究

工程热物理学报 2009年第10期30卷 1673-1676页

作者：张文斌赵亮陈森林李德标郭烈锦西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

本文实验研究了低质量流速(500～800kg·m^(-2)·s^(-1))下的立式螺旋管临界热负荷,对沸腾传热恶化壁温特性和螺旋管临界热负荷影响因素进行分析。并同前人工作汇总,以流量,压力和临界干度为参数,建立了基于局部条件假设的立式螺旋管临... 详细信息

本文实验研究了低质量流速(500～800kg·m^(-2)·s^(-1))下的立式螺旋管临界热负荷,对沸腾传热恶化壁温特性和螺旋管临界热负荷影响因素进行分析。并同前人工作汇总,以流量,压力和临界干度为参数,建立了基于局部条件假设的立式螺旋管临界热负荷查询表(Look-Up-Table),共272个点.压力范围6.5～21 MPa,质量流速范围500～1800 kg·m^(-2)·s^(-1)。

关键词：临界热负荷传热恶化立式螺旋管查询表