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超临界CO_(2)螺旋槽管内冷却换热特性的数值模拟及实验研究

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热能动力工程 2022年第4期37卷 107-116页

作者：虞中旸陶乐仁张苏韩李猛上海理工大学制冷及低温工程研究所上海200093

为了研究超临界CO_(2)螺旋槽管内的流动换热特性,本文首先在入口温度323.15 K、入口压力8.0 MPa、入口雷诺数35000、总热量4200 W的条件下对不同结构参数的螺旋槽管进行了数值计算,分析了各参数对换热系数及流动过程的影响,并根据换热... 详细信息

为了研究超临界CO_(2)螺旋槽管内的流动换热特性,本文首先在入口温度323.15 K、入口压力8.0 MPa、入口雷诺数35000、总热量4200 W的条件下对不同结构参数的螺旋槽管进行了数值计算,分析了各参数对换热系数及流动过程的影响,并根据换热评价因子,得到了最优螺旋槽管结构(管槽半径r_(1)为6.5 mm,管槽圆角r_(2)半径为2.0 mm,管槽槽深e_(1)为5.5 mm,套管间距e_(2)为1.0 mm,螺旋角w为0.70 rad)。在此基础上,实验研究了不同压力、不同入口雷诺数对换热系数的影响,得出其影响机理。分析换热系数的影响因素,并结合数值计算和实验数据,建立了超临界CO_(2)螺旋槽管内冷却换热关联式,并对实验数据进行了预测计算。结果表明,预测值与实验值的平均绝对值偏差为11.65%,最大绝对值偏差不超过25%,证明了其具有较好的准确性。

关键词：超临界CO_(2) 螺旋槽管冷却换热结构优化关联式

超临界CO_(2)倾斜螺旋槽管内冷却换热特性研究

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热能动力工程 2021年第12期36卷 102-110页

作者：虞中旸陶乐仁张苏韩邱晗上海理工大学制冷及低温工程研究所上海200093

为了提高气体冷却器内换热效率,对不同倾斜角下(-90°,-45°,0°,45°,90°)螺旋槽管内超临界CO^(2)冷却对流换热特性进行了数值模拟,分析了各槽管内的湍动能和速度分布随倾斜角的变化趋势,并研究了不同螺旋角下倾斜角对换热特性的影响... 详细信息

为了提高气体冷却器内换热效率,对不同倾斜角下(-90°,-45°,0°,45°,90°)螺旋槽管内超临界CO^(2)冷却对流换热特性进行了数值模拟,分析了各槽管内的湍动能和速度分布随倾斜角的变化趋势,并研究了不同螺旋角下倾斜角对换热特性的影响。结果表明:浮升力沿流动方向分量和垂直于流动方向分量对流动特性的影响并不相同;在类气区,流体速度对流动特性起主要作用,且换热系数随倾斜角的减小而增大;在类液区,流动特性的主要影响因素是速度梯度,此时换热系数随倾斜角的变化与类气区相反;螺旋角越大即螺旋程度越小,当流体倾斜向上流动时浮升力效应越为显著;当螺旋角为0.70 rad时,最优倾斜角度为-45°,当螺旋角为0.94 rad时,最优倾斜角为45°。

关键词：超临界CO_(2) 螺旋槽管冷却换热倾斜角浮升力

不同换热管内超临界CO_(2)冷却换热的数值模拟

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化学工程 2021年第10期49卷 54-58,73页

作者：李猛陶乐仁虞中旸俞庆上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为了研究不同换热管对超临界CO_(2)在螺旋槽管内的流动与换热特性,使用ANSYS Fluent 19.0软件建立了不同凹槽数螺旋槽管的三维实体模型,通过数值模拟得到了各个模型情况下的换热系数与摩擦系数。同时分析了湍流强度与浮升力对螺旋槽管... 详细信息

为了研究不同换热管对超临界CO_(2)在螺旋槽管内的流动与换热特性,使用ANSYS Fluent 19.0软件建立了不同凹槽数螺旋槽管的三维实体模型,通过数值模拟得到了各个模型情况下的换热系数与摩擦系数。同时分析了湍流强度与浮升力对螺旋槽管内超临界CO_(2)的流动与换热产生的影响。结果表明:在相同的工况条件下,螺旋槽管凹槽数越多整体换热系数就越大,摩擦系数也越大。随着凹槽数的增加,螺旋槽管截面结构发生变化,截面面积增加,导致流体平均速度减小,湍流动能越大。随着凹槽数的增加,超临界CO_(2)径向密度差增大,导致浮升力作用增强,同时受离心力的作用形成的涡流也更为剧烈,湍流动能也随之增大。文中可以为超临界流体换热器的优化设计提供参考,从而提高换热效率和系统性能。

关键词：超临界流体二氧化碳螺旋槽管冷却换热数值模拟

超临界R134a水平圆管内冷却换热模拟研究

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工程热物理学报 2020年第1期41卷 196-201页

作者：苗震胡芃章高伟中国科学技术大学热科学和能源工程系

采用增强壁面函数的标准k-ε模型对超临界R134a水平圆管内冷却换热进行了模拟研究.分析了管内不同截面上流体温度、速度和湍动能的分布情况及对应关系。研究了质量流量和浮升力对换热系数的影响。结果表明,流体速度随着温度的降低而减小... 详细信息

采用增强壁面函数的标准k-ε模型对超临界R134a水平圆管内冷却换热进行了模拟研究.分析了管内不同截面上流体温度、速度和湍动能的分布情况及对应关系。研究了质量流量和浮升力对换热系数的影响。结果表明,流体速度随着温度的降低而减小,并且最大速度处对应着最高温度和最小湍动能.换热系数随着质量流量的增加而增大,其峰值出现在准临界温度附近。浮升力在似液体区的影响较大,对流体换热起到增强的效果。

关键词：超临界 R134a 水平圆管数值模拟冷却换热

水平螺旋管内超临界CO_2冷却换热的数值模拟

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物理学报 2015年第5期64卷 250-256页

作者：徐肖肖吴杨杨刘朝王开正叶建低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆大学动力工程学院重庆400030

采用RNG k-ε湍流模型对超临界CO2流体在内径为4 mm,长度2000 mm,节距为10 mm,曲率为0.1的水平螺旋管内的冷却换热进行了数值模拟.研究了质量流量、热流量以及压力对换热系数的影响,并和超临界CO2在水平直管内的冷却换热进行了对比.研... 详细信息

采用RNG k-ε湍流模型对超临界CO2流体在内径为4 mm,长度2000 mm,节距为10 mm,曲率为0.1的水平螺旋管内的冷却换热进行了数值模拟.研究了质量流量、热流量以及压力对换热系数的影响,并和超临界CO2在水平直管内的冷却换热进行了对比.研究结果表明,超临界CO2在水平螺旋管内流动产生的二次流强于水平直管内的二次流,前者的换热系数大于后者;换热系数随质量流量的增加而增大;在似气体区,换热系数随着热流量的增加而增大,而在似液体区,热流量对换热系数几乎没有影响;换热系数峰值点随着压力的升高而下降,并向高温区偏移.

关键词：超临界二氧化碳数值模拟螺旋管冷却换热

超临界CO_(2)在水平螺旋槽管内冷却换热的数值研究

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热能动力工程 2021年第4期36卷 51-59页

作者：李猛陶乐仁虞中旸俞庆上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

建立了螺旋槽管的三维实体模型,使用ANSYS Fluent软件模拟了在不同的冷却压力、质量流量以及进口温度下超临界CO_(2)在水平螺旋槽管内的流动与传热特性。结果表明:流体的整体换热系数随冷却压力的增大而降低,随进口温度变化不显著;随着... 详细信息

建立了螺旋槽管的三维实体模型,使用ANSYS Fluent软件模拟了在不同的冷却压力、质量流量以及进口温度下超临界CO_(2)在水平螺旋槽管内的流动与传热特性。结果表明:流体的整体换热系数随冷却压力的增大而降低,随进口温度变化不显著;随着质量流量的增加,浮力效应所产生的影响降低,局部换热系数的峰值增大。在考虑了流体性质的基础上,建立了槽管冷却过程中超临界CO_(2)对流换热系数关联式,并与文献实验值进行了对比,验证了关联式的准确性。

关键词：超临界流体二氧化碳螺旋槽管冷却换热

超临界CO2在螺旋槽管中冷却换热特性的数值研究

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超临界CO2在螺旋槽管中冷却换热特性的数值研究

作者：陈卓安徽工业大学

学位级别：硕士

当前,随着世界经济的快速发展,能源的消耗量剧增,温室效应及雾霾等各种环境污染问题日益突出,节能减排成为全球极为关注的重点。为把我国的绿色发展之路提升到新的高度,党中央提出了“双碳”战略目标,这是中华民族复兴大业的内在要求,... 详细信息

当前,随着世界经济的快速发展,能源的消耗量剧增,温室效应及雾霾等各种环境污染问题日益突出,节能减排成为全球极为关注的重点。为把我国的绿色发展之路提升到新的高度,党中央提出了“双碳”战略目标,这是中华民族复兴大业的内在要求,也是人类可持续发展的客观需要。在制冷领域,传统的氯氟烃(CFCs)、氢氟烃类(HCFCs)制冷剂虽然拥有良好的热力学性能,但将其排放到环境中也会产生比较严重的温室效应,因此,需要开发新型环保制冷剂来对传统制冷剂进行替代。CO是一种环境友好型的自然工质,具有稳定的化学性质,若将本来需要排放到空气中的工业副产物—CO进行回收利用,作为传热或制冷的工质,将会实现最为直接的“减排”,同时,其较好的热物理性质还会带来“节能”的效果。超临界CO具有着优异的传热性能,已经被广泛应用于热泵热水器的换热器(主要是气体冷却器)中,而为了加强换热效果,螺旋槽管正在被逐步的开发和应用。因此,针对超临界CO在螺旋槽管中的流动换热特性进行详细的研究就具有很强的必要性。当前,已有部分学者对该课题进行了探讨,但不管是模拟研究还是实验研究,均是将超临界CO置于螺旋槽管的管外进行流动,而对其于管内流动的特性没有涉及。基于此,本文分别将CO置于螺旋槽管内、外进行流动,通过使用CFD模拟不同的工况下两种流动方式的换热特性并进行详细对比,主要工作和结论如下:(1)首先进行模型的建立,之后利用公开发表的文献中的实验数据验证了模拟计算的可靠性,之后,分别将超临界CO置于套管式螺旋管换热器的内、外管流动,通过模拟结果对比,发现平均换热系数在内管流动会略小于在外管流动;而从外壁面所受压力的角度来看,将超临界CO置于内管流动时,能够有效降低外壁面所受压力,此时对外管材料的要求较低,有着较多的选择性,若材料的材质不变,也能大大降低管壁厚度。同时,高温的CO置于内管流动,整个套管换热器的不必要的散热量将会减少,制取热水时的能源利用率也得到了有效提高。因此,将超临界CO置于内管流动时不但增强了安全性,还能节约材料成本,减少散热,具有较强的经济可行性。(2)将超临界CO置于内管流动,分别改变入口压力和入口流速,比较了冷却条件下的超临界CO的传热性能。研究发现,相同入口流速下,整体换热系数随压力增大而增大;相同压力下,随着流速的增大,整体换热系数也在逐渐增大。最大换热系数均出现在伪临界状态点附近。(3)选用了三头、四头、六头的圆弧螺旋槽管,对其进行了冷却换热特性的研究,此外还设计了两种结构的槽口:三角形槽、梯形槽。在相同冷却边界条件下,分别对超临界CO在内、外管流动换热状态进行模拟分析。研究发现,螺旋槽管中的旋转流动对超临界CO换热的影响主要是通过沿槽壁面强烈的哥氏力、流体的浮升力和重力综合作用而完成;螺旋槽头数越多,旋转越强,浮升力的影响会有所减弱;(4)综合考虑传热系数、压降、传热面积和质量流量的影响,本文提出了一个新的综合评价因子。利用该评价因子进行综合评价可知,超临界CO在内管流动时的综合性能高于其在外管流动,且在三头管内管流动时综合性能最优。(5)考虑到交换流体的流动空间后,内外管横截面积不一样会导致工质在交换流动空间前后的质量流量不一样,为能准确地反映出在两种不同流动方式条件下,热流密度的变化对超临界CO换热特性的影响,首先改变外套管直径,使得内外管横截面积相同,确保工质交换流动空间前后,在相同流速下具有相同的质量流量。详细比较了-20000W/m、-40000W/m、-60000W/m这三种不同冷却热流密度条件下的超临界CO在内、外螺旋槽管冷却换热的特性。研究结果表明,在相同的内外管横截面积时,局部换热系数随着热流密度的增大呈逐渐增大的趋势。但综合考虑换热系数和沿程阻力可发现,超临界CO在热流密度为-40000W/m工况时时,于螺旋槽管的内管流动有最优的综合表现。

关键词：工质超临界CO2 螺旋槽管冷却换热伪临界状态浮升力综合评价因子

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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钻削加工过程切削液温度-流场仿真分析

机械设计与研究 2021年第2期37卷 92-97,108页

作者：何川施光林上海交通大学机械与动力工程学院上海201100 上海交大智邦科技有限公司上海201200

在金属切削过程中,切削区域的冷却和切削温度的恒定对切削质量有着非常重要的影响。对加工过程切削液喷洒之后的温度-流场耦合的研究,减少切削液无效冷却或者过冷带来的影响。以钻削过程中喷嘴-钻头-工件三体为研究对象,建立了数学换热... 详细信息

在金属切削过程中,切削区域的冷却和切削温度的恒定对切削质量有着非常重要的影响。对加工过程切削液喷洒之后的温度-流场耦合的研究,减少切削液无效冷却或者过冷带来的影响。以钻削过程中喷嘴-钻头-工件三体为研究对象,建立了数学换热模型,并对整个切削过程进行仿真,找出加工过程中温度较大值点,为后期喷射切削液策略提供位置测量点,提出了一种可以通过测量点温度变化控制切削液使用量通断和流量的策略。

关键词：切削液温度场流场冷却换热耦合仿真

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工程陶瓷表面磨削温度研究现状与进展

兵器材料科学与工程 2019年第5期42卷 134-142页

作者：吴玉厚王浩李颂华孙健王贺沈阳建筑大学高档石材数控加工装备与技术国家地方联合工程实验室辽宁沈阳110168 沈阳建筑大学机械工程学院辽宁沈阳110168

随着工程陶瓷在机械、航天和军事等领域的广泛应用,其加工特性成为近年来的研究热点之一。磨削加工是制造精密工程陶瓷零件的主要方法,陶瓷材料加工过程中磨削区温度高是影响加工特性和零件使用性能的主要因素之一。详述了陶瓷磨削温度... 详细信息

随着工程陶瓷在机械、航天和军事等领域的广泛应用,其加工特性成为近年来的研究热点之一。磨削加工是制造精密工程陶瓷零件的主要方法,陶瓷材料加工过程中磨削区温度高是影响加工特性和零件使用性能的主要因素之一。详述了陶瓷磨削温度理论,介绍了磨削过程的2种热量分配比与3种热源分布模型及其应用场合;对物理气相沉积薄膜(PVD)测温、红外测温和热电偶测温等磨削温度的测量方法进行概述及其优缺点分析;对于不同陶瓷材料总结和分析磨削参数与冷却换热对磨削温度的影响;提出理论模型的研究方法、新的测温手段,使用复合磨削工艺和热管砂轮技术等降低陶瓷磨削区温度的措施,对未来的研究方向进行了讨论与展望。

关键词：陶瓷磨削表面温度理论模型测量方法磨削参数冷却换热复合磨削热管砂轮