微通道內(nèi)超臨界氮的流動與傳熱特性研究.pdf

1、超臨界流體由于其在超臨界狀態(tài)時具有特殊的流動與傳熱性能,被廣泛應(yīng)用于動力工程、化學(xué)工程、超導(dǎo)體冷卻、航天技術(shù)等高新技術(shù)領(lǐng)域,對超臨界流體換熱的研究,受到越來越多的重視。目前國內(nèi)外研究超臨界流體主要集中于CO2和水,關(guān)于超臨界氮的研究很少,本文首先分析總結(jié)了前人關(guān)于超臨界流體在管內(nèi)流動與換熱的研究,由于超臨界氮研究的重要性,設(shè)計并搭建了研究超臨界氮流動與傳熱特性的實驗臺,介紹了實驗測量、數(shù)據(jù)處理方法以及進行實驗系統(tǒng)不確定度分析,從而保證測

2、量和推導(dǎo)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。在實驗段長度為220 mm,內(nèi)徑為2 mm的豎直細圓管內(nèi)進行了向上流動的超臨界對流換熱實驗,討論了不同的熱流密度、質(zhì)量流量和進口溫度對壁面溫度分布以及壓降的影響,并用浮升力和熱加速準(zhǔn)則解釋了其中的一些熱流體現(xiàn)象。實驗過程中還發(fā)現(xiàn)壁面溫度振蕩現(xiàn)象,解釋了該現(xiàn)象發(fā)生的原因,并討論了熱流密度和質(zhì)量流量對振蕩的影響。將實驗結(jié)果與經(jīng)驗公式的計算結(jié)果進行比較,分析了經(jīng)驗公式預(yù)測Nu數(shù)和摩擦因子f的適用性。并針對實驗工況進行了數(shù)

3、值計算,預(yù)測了沿程局部溫度分布和壓降,與實驗數(shù)據(jù)進行比較,得到了較好的吻合程度,還計算了不同工況條件下管內(nèi)流體的速度分布,分析了變物性和浮升力對管內(nèi)流體速度分布的影響,并且解釋了相關(guān)的換熱系數(shù)和壓降變化。通過與其他文獻中的數(shù)據(jù)的比較,標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型和SST模型以及不同壁面率y+對計算結(jié)果有很大的影響,數(shù)值計算結(jié)果對于預(yù)測壁面溫度分布和壓降有一定的適用性。最后討論分析了目前國內(nèi)外關(guān)于螺旋管的研究狀況,總結(jié)了螺旋管的流動與傳熱特性,在前