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浮升力对竖直螺旋管中超临界CO_(2)换热的影响及判别准则

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北京航空航天大学学报 2023年第11期49卷 2929-2937页

作者：王彦红陆英楠李洪伟李素芬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

基于航空发动机间冷器的冷却换热问题,进行竖直螺旋管内超临界压力CO_(2)换热数值研究。探究运行参数对沿流向和周向换热的影响机制。通过管截面温度场和流场分布阐述了浮升力和离心力引起的周向非均匀换热机制,评估二次流速度和强度。... 详细信息

基于航空发动机间冷器的冷却换热问题,进行竖直螺旋管内超临界压力CO_(2)换热数值研究。探究运行参数对沿流向和周向换热的影响机制。通过管截面温度场和流场分布阐述了浮升力和离心力引起的周向非均匀换热机制,评估二次流速度和强度。根据管道结构特性提出新的浮升力参数和浮升力影响判别准则,建立新的换热关联式。结果表明:管上游非均匀换热源于浮升力与离心力综合作用,管下游非均匀换热由离心力主导。当满足浮升力因子B_(u)≥1.6×10^(-5)时,浮升力在换热中起主导作用。新换热关联式可以较好地适用于螺旋管内换热预测。

关键词：螺旋管超临界换热离心力浮升力判别准则

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螺旋管式空气-空气换热器的设计和实验研究

推进技术 2021年第5期42卷 1087-1093页

作者：刘银龙付衍琛闻洁亓绍帅北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航天空气动力技术研究院北京100074

为解决飞行器高马赫数飞行时,用于冷却航空发动机涡轮叶片和其它高温部件的压气机出口空气温度过高的问题,设计加工了一种以外涵空气为冷源的螺旋管式空气-空气换热器用于预冷冷却空气。换热器由48根材料为不锈钢321,外径4mm,壁厚0.5mm... 详细信息

为解决飞行器高马赫数飞行时,用于冷却航空发动机涡轮叶片和其它高温部件的压气机出口空气温度过高的问题,设计加工了一种以外涵空气为冷源的螺旋管式空气-空气换热器用于预冷冷却空气。换热器由48根材料为不锈钢321,外径4mm,壁厚0.5mm的螺旋管组成,重量1.91kg,传热面积密度106m^(2)/m^(3)。在常温工况下,实验研究了换热器管内和管外流体的阻力特性,高温条件下试验验证了换热器设计点性能,压气机出口空气温降达188K,功重比4.9kW/kg。高温条件下实验研究了两侧空气流量分别单独变化时换热器的热动力性能,拟合了管外换热经验关系式。研究结果可用于未来相似结构换热器的设计。

关键词：螺旋管换热器航空发动机热防护

螺旋管式直流蒸汽发生器壳侧流场数值模拟方法研究

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核动力工程 2021年第4期42卷 171-175页

作者：王聪张巍李净松乔鹏瑞施慧烈中核武汉核电运行技术股份有限公司武汉430074 核动力运行研究所武汉430074 中国原子能科学研究院北京102413

铅冷快堆(LFR)采用一体化堆芯设计方案,其中的直流蒸汽发生器(OTSG)多采用螺旋管式结构以使整体结构小型紧凑。为研究LFR中螺旋管式OTSG壳侧铅铋冷却剂的流动传热特性,利用FLUENT软件,采用一种分区段计算方法,通过管壁热流密度拟合公式... 详细信息

铅冷快堆(LFR)采用一体化堆芯设计方案,其中的直流蒸汽发生器(OTSG)多采用螺旋管式结构以使整体结构小型紧凑。为研究LFR中螺旋管式OTSG壳侧铅铋冷却剂的流动传热特性,利用FLUENT软件,采用一种分区段计算方法,通过管壁热流密度拟合公式对螺旋管式OTSG壳侧进行了三维数值模拟。最终验证了该分段计算方法的正确性,分析了OTSG壳侧铅铋冷却剂的流动传热特性,获得了其速度、温度以及压力场的计算数据,为下一步OTSG流致振动分析和高温应力计算提供了依据。

关键词：螺旋管直流蒸汽发生器(OTSG) 数值模拟

竖直螺旋管中超临界RP-3航空煤油换热数值研究

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北京航空航天大学学报 2023年第5期49卷 1108-1115页

作者：王彦红陆英楠李洪伟李素芬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

针对空-油换热器的冷却换热问题,开展了竖直螺旋管中超临界RP-3航空煤油换热的数值研究。探究了不同运行参数和结构参数下的换热特性和换热机理,包括沿流动方向的平均换热情况和沿管道周向的局部换热情况。考察管截面温度和二次流的分... 详细信息

针对空-油换热器的冷却换热问题,开展了竖直螺旋管中超临界RP-3航空煤油换热的数值研究。探究了不同运行参数和结构参数下的换热特性和换热机理,包括沿流动方向的平均换热情况和沿管道周向的局部换热情况。考察管截面温度和二次流的分布情况,通过流速和湍动能径向差别阐述了离心力对换热的作用机制,基于误差分析得到合理的换热关联式。结果表明:管下游表现为强化换热机制,低压力下还观察到局部传热恶化问题;离心力导致流体域温度横向异常分层,边界层厚度周向不均匀,管截面出现二次流;管外侧流速和湍动能高,换热显著优于管内侧;提高运行压力、降低热质比、增大绕径、增大螺距均抑制离心力作用,致使二次流强度减弱;Merkel换热公式可以较好实现螺旋管内航空煤油的换热预测。

关键词：螺旋管超临界煤油非均匀换热离心力二次流

高温气冷堆螺旋管式超临界蒸汽发生器热工水力程序开发及分析

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原子能科学技术 2022年第11期56卷 2343-2353页

作者：范弘毅李晓伟吴莘馨孙立斌清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

高温气冷堆采用超临界蒸汽发生器可以进一步提高发电效率。结合目前高温气冷堆示范工程亚临界直流蒸汽发生器的设计经验及高温气冷堆的发展规划,本文提出了超临界蒸汽发生器设计方案。基于高温气冷堆示范工程亚临界螺旋管式直流蒸汽发... 详细信息

高温气冷堆采用超临界蒸汽发生器可以进一步提高发电效率。结合目前高温气冷堆示范工程亚临界直流蒸汽发生器的设计经验及高温气冷堆的发展规划,本文提出了超临界蒸汽发生器设计方案。基于高温气冷堆示范工程亚临界螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力程序,开发了针对螺旋管式超临界蒸汽发生器的一维稳态热工水力程序,并对比了不同超临界流体对流换热的经验关联式。结果表明,不同经验关联式对热工水力计算结果影响很小,这是因为一次侧氦气对流换热热阻对总热阻的贡献最大。然后采用该程序对超临界蒸汽发生器100%负荷工况和部分负荷工况进行了计算,得到了不同工况下一二次侧温度、速度、对流换热系数等参数的分布,并分析了这些参数的变化规律。二次侧对流换热系数在拟临界点附近达到最高值;由于氦气导热系数随温度的增加而增加,一次侧对流换热系数随温度的增加而增大。在传热管材料为T22的低温段,一次侧对流换热热阻占比超过65%;在传热管材料为800H的高温段,一次侧热阻与管壁导热热阻相当,二次侧对流换热热阻占比较小。由于密度变化较大,二次侧流速变化很剧烈,一次侧流速变化则较缓。针对100%负荷工况和部分负荷工况的水动力特性曲线的计算结果表明,当传热管入口不施加节流时,即使100%负荷工况的水动力特性曲线也具有负斜率区,且工作点处的正斜率较小,不利于流量分配及流动稳定性。需要在传热管入口设置合理的节流阻力系数来消除水动力特性曲线的负斜率区。保证高温气冷堆超临界蒸汽发生器在100%~30%负荷的水动力特性曲线不出现负斜率区的临界节流阻力系数为850~1600,并随功率的增加而减小。

关键词：高温气冷堆蒸汽发生器超临界螺旋管热工水力一维程序

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螺旋管换热器无缆内检测系统研究

仪表技术与传感器 2022年第9期 67-71页

作者：杨成浩韩赞东欧正宇董仕豪清华大学机械工程系北京100084 摩擦学国家重点实验室北京100084

针对带缆涡流检测方法在螺旋管换热器检测中易自锁而无法穿过管道的问题,设计了螺旋管换热器无缆内检测系统。可使用液体或气体驱动检测系统穿过螺旋管,检测系统穿过管道后,通过上位机读取检测系统中存储的数据。通过有限元仿真的方法,... 详细信息

针对带缆涡流检测方法在螺旋管换热器检测中易自锁而无法穿过管道的问题,设计了螺旋管换热器无缆内检测系统。可使用液体或气体驱动检测系统穿过螺旋管,检测系统穿过管道后,通过上位机读取检测系统中存储的数据。通过有限元仿真的方法,选择合适的激励频率和检测线圈参数,检测信号激励频率为100 kHz,检测线圈尺寸为宽3 mm、外径12 mm、内径8 mm。在外径19 mm、壁厚3 mm的不锈钢管道上进行了实验,实验结果表明检测系统可以检测直径为1 mm通孔缺陷和深度为2 mm外壁缺陷,通过气体驱动检测系统实现了螺旋管的检测。

关键词：无损检测涡流检测螺旋管无缆内检测有限元仿真

螺旋管核态沸腾两相流摩擦压降与传热数值分析

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原子能科学技术 2018年第4期52卷 590-599页

作者：赵宇孙宝芝鲍杰于祥史建新张鹏哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 环境保护部核与辐射安全中心北京100082

通过合理简化一体化模块式先进反应堆(SMART)螺旋管式蒸汽发生器,建立螺旋管单元管模型,采用两流体模型和非平衡过冷沸腾模型,在均匀热流密度下对螺旋管内流体进行不同参数下流动与传热数值模拟。结果表明:摩擦压降数值计算结果与陈学... 详细信息

通过合理简化一体化模块式先进反应堆(SMART)螺旋管式蒸汽发生器,建立螺旋管单元管模型,采用两流体模型和非平衡过冷沸腾模型,在均匀热流密度下对螺旋管内流体进行不同参数下流动与传热数值模拟。结果表明:摩擦压降数值计算结果与陈学俊经验公式最为接近;曲率从0.04降至0.012时,摩擦压降明显下降,曲率继续下降,摩擦压降不变;加速压降几乎不受曲率影响;螺旋升角为3°~8.6°时,计算摩擦压降可不考虑螺旋升角的影响;雷诺数越大,总压降和摩擦压降均变大,摩擦压降梯度也明显增大。

关键词：蒸汽发生器螺旋管两相流摩擦压降

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螺旋管式直流蒸发器两相流不稳定性频域分析

工程热物理学报 2019年第10期40卷 2388-2394页

作者：梁骞李晓伟阎慧杰苏阳吴莘馨清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心先进反应堆工程与安全教育部重点实验室

本论文针对高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器中可能存在的两相流不稳定性进行理论研究。将对流蒸发过程分为单相水区、两相区及过热蒸汽区。单相水及过热蒸汽区采用不可压缩假设,两相区采用均相流模型。针对三个区域的控制方程采用小... 详细信息

本论文针对高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器中可能存在的两相流不稳定性进行理论研究。将对流蒸发过程分为单相水区、两相区及过热蒸汽区。单相水及过热蒸汽区采用不可压缩假设,两相区采用均相流模型。针对三个区域的控制方程采用小扰动线性化、拉普拉斯变换等方法进行分析,分别推导出了相应的流量脉动与压降脉动的频域传递函数。再利用单相水区与两相区,两相区与过热蒸汽区的边界将三个区域的传递函数相联系,得到了直流蒸汽发生器螺旋管对流蒸发过程的流量脉动与压降脉动的传递函数。通过求解传递函数的内奎斯特曲线,采用内奎斯特判据即可判定螺旋管式直流蒸汽发生器的两相流稳定性及其稳定边界。然后利用前人的实验结果对本文提出的模型及方法进行了验证。采用上述模型及方法对高温气冷堆螺旋管式直流蒸汽发生器两相流稳定性进行了分析,给出了其稳定性边界。

关键词：流动不稳定性两相流螺旋管内奎斯特曲线蒸汽发生器

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螺旋管丙烷流动沸腾换热特性

化工学报 2018年第A02期69卷 135-140页

作者：万星晨林文胜上海交通大学制冷与低温工程研究所上海200240

丙烷作为自然工质具有良好的换热性能并且对环境影响较小,是替代传统制冷剂的选择。目前对于丙烷在螺旋管中沸腾传热的研究较少。实验测量了丙烷在管内径8 mm、螺旋半径42 mm、螺距21.5 mm的螺旋管中的流动沸腾传热系数。实验采用套管... 详细信息

丙烷作为自然工质具有良好的换热性能并且对环境影响较小,是替代传统制冷剂的选择。目前对于丙烷在螺旋管中沸腾传热的研究较少。实验测量了丙烷在管内径8 mm、螺旋半径42 mm、螺距21.5 mm的螺旋管中的流动沸腾传热系数。实验采用套管的形式,在螺旋管外用恒温水对丙烷进行加热,调整水入口温度与水流量得到不同的热通量。实验表明,螺旋管对流动沸腾换热具有一定的强化作用。实验数据与已有的螺旋管流动沸腾换热关联式进行了比较,在6 kW·m-2以下的低热通量时,Guo(1998)换热关联式比Ji(2015)预测准确度更高,推荐使用Guo(1998)关联式。

关键词：汽化传热相变丙烷螺旋管