亚临界及近临界压力区倾斜管与垂直管中汽水沸腾传热特性比较

在亚临界及近临界压力下,对Φ32×3mm 不锈钢倾斜上升光管(倾角α=20°)及垂直上升光管中水的沸腾传热特性进行了试验研究。试验参数范围:压力 p=13~21.5MPa,质量流速 G=600~1200kg/(m2s),内壁热负荷 q=200~600kW/m2。试验结果表明:倾斜管比垂直管更容易发生第一类传热恶化(DNB),但倾斜管发生 DNB 后的壁温飞升峰值低于垂直管;倾斜管与垂直管类似,增加质量流速可以提高临界热负荷,在近临界压力区比亚临界压力区更容易发生DNB。提出了对超临界锅炉设计有重要参考价值的倾斜管临界热负荷、垂直管及倾斜管最小传热系数的计算关联式。     

变湍流Prandtl数模型在垂直上升管内超临界水传热数值模拟中的应用

为了准确地预测超临界压力水的传热恶化（HTD）,本文分析了湍流Prandtl数（Prt）对超临界压力水传热的影响。在理论研究的基础上,提出了一种与物理性质相关的可变Prt模型。利用所提出的Prt模型以及其他2个先前的Prt模型和2个常数Prt模型对垂直上升加热管内超临界水传热进行了数值模拟,通过与文献中的2组传热恶化工况下的实验数据进行对比评估,发现本文所提出模型能更准确地预测壁温。     

亚临界及近临界压力区低质量流速垂直内螺纹管传热特性试验研究

在低质量流速条件下,对垂直上升内螺纹管内汽水两相流动沸腾传热特性进行了系统的试验研究。试验段采用了材料为SA-213T12的φ32mm×6.3mm四头内螺纹管。试验参数范围为压力p=12～21MPa,质量流速G=232～773kg/(m2·s),内壁热流密度q=132～663kW/m2。试验得到了不同工况下垂直上升内螺纹管的壁温分布特性,分析了压力、内壁热负荷和质量流速变化对内螺纹管传热特性的影响,探讨了传热恶化的发生机制,并给出了能用于工程实际的传热试验关联式。试验结果表明:在亚临界及近临界压力区,垂直上升内螺纹管会发生第2类传热恶化——干涸(dryout),而在试验中未观测到第1类传热恶化——膜态沸腾(departure from nucleate boiling,DNB)。压力与内壁热负荷的增大,以及质量流速的减小,均会导致干涸提前发生和干涸后的壁温飞升值增大。与亚临界压力区相比,内螺纹管在近临界压力区的传热特性变差,管壁温度显著升高,发生传热恶化时的临界焓值减小。     

超临界锅炉水冷壁的传热恶化研究

探讨了超临界锅炉水冷壁的传热恶化,分析了发生传热恶化的原因,并提出抑制或推迟传热恶化发生的主要策略。     

超临界变压运行直流锅炉内螺纹管螺旋管圈水冷壁的传热特性研究

在压力9~28MPa,质量流速600~1200kg/(m2s),内壁热负荷200~500kW/m2的工况范围内,研究了Φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(倾角α=19.5o)中水的传热特性。试验结果表明:在亚临界压力区,内螺纹管传热强化作用明显,有效地抑制了膜态沸腾的发生,但在近临界压力区此传热强化作用有所减弱。超临界压力区拟临界温度附近,内螺纹管内壁面与流体之间的温差较之前有所增加,但是此增幅远没有亚临界压力区发生传热后的壁温飞升幅度大。随着系统压力接近临界压力,拟临界点附近管壁与工质的温差显著增加。在超临界压力区,不同的质量流速与热负荷比例下,在大比热区内螺纹管内流体传热可能被强化也可能被恶化。在超临界压力下,由于螺旋内槽的旋流作用减弱了自然对流的影响,倾斜上升内螺纹管内壁温度的周向分布比较均匀。在高焓值区内螺纹管的周向最大温差只有10℃左右。文中提出了在考虑大比热区工质物性剧烈变化对传热影响的情况下,倾斜上升内螺纹管顶部内壁传热系数的试验关联式。     

低质量流速优化内螺纹管的传热特性试验研究

在亚临界、近临界及超临界压力区,对600MW超临界W火焰锅炉水冷壁中垂直上升低质量流速优化内螺纹管的传热特性进行了试验研究,得到了不同运行工况下内螺纹管的壁温分布,分析了压力、外壁热流密度、质量流速对传热特性的影响。结果表明：低质量流速优化内螺纹管具有良好的传热特性,能够有效避免膜态沸腾;在亚临界压力区,压力与热流密度的增大以及质量流速的减小,均会导致干涸提前发生和干涸后的壁温飞升值增大。与亚临界压力区相比,内螺纹管在近临界压力区的传热特性变差,随着压力的增大,管壁温度显著升高,发生传热恶化时的临界干度减小。在超临界压力区,内螺纹管在拟临界点附近出现了传热强化;压力越接近临界压力,传热强化越明显;压力与热流密度的增大以及质量流速的减小均会导致壁温增大。     

超超临界锅炉水冷壁管传热恶化对横向裂纹影响的有限元分析

为研究不同传热条件下水冷壁管的温度及热应力分布特征,以某1 000 MW超超临界锅炉水冷壁管为对象,建立了水冷壁管的三维有限元模型,分正常传热和传热恶化2种情况进行了计算。计算结果显示,向火侧壁面热负荷、管内传热系数对传热恶化后的温度和热应力有显著影响,在尚未达到屈服前,水冷壁管的热应力与温度基本呈线性关系。传热正常时,水冷壁管鳍片处温度和热应力值大于水冷壁管向火侧顶点相应值,而向火侧顶点发生破坏的可能性较小;在传热恶化时,水冷壁管向火侧顶点的温度和热应力迅速增大,并明显高于水冷壁管鳍片处,传热恶化的反复出现引起的交变应力最终导致水冷壁管横向裂纹的产生。     

超临界二氧化碳传热恶化现象研究进展

超临界二氧化碳（S-CO2）循环发电技术由于灵活性强、发电效率高、设备紧凑、可实现热电完全解耦、满足快速调峰需求等优势,成为国家能源局《能源技术创新“十四五”规划》的重要专题。虽然S-CO2作为工质带来诸多优势,但也会伴随传热恶化现象,对发电系统造成严重损害。本文从S-CO2的物性参数和传热特性2方面展开,综述了国内外针对S-CO2工质传热恶化现象的研究进展。现有研究表明:S-CO2物性获取的手段并不完善,其中高温高压区实验数据有待补充,近临界区计算精度较差;针对S-CO2传热特性进行的研究较为丰富,但涉及参数范围较窄;数值模拟湍流模型选择存在争议;现有针对传热恶化建立的标准缺乏评估和对比,适用工况有待验证。基于以上结果,对后续工作提出了建议,以期为S-CO2循环发电系统的分析设计及健康运行管理提供参考。     

内螺纹水冷壁管的传热及阻力特性研究

针对目前大型电站锅炉水冷壁广泛采用内螺纹管来防止或推迟传热恶化的发生，了内螺纹管的传热机理，并对国仙外内螺纹管在亚临界，近临界和超临界压力区的传热性能及阻力性能进行了综述。文中结论对采用内螺纹管的电站锅炉不冷壁的设计具有较高的价值。     

内螺纹管内超临界水的流动阻力特性试验研究

在压力22.5~28MPa,质量流速600~1000kg·m-2·s-1,工质比焓800~3100 kJ·kg-1范围内,对超临界水在四头内螺纹管内的流动阻力特性进行了试验研究,得到了不同工况下内螺纹管流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速和工质比焓变化对内螺纹管摩擦阻力系数的影响。试验结果表明:超临界压力下质量流速对摩擦阻力压降有很大影响,但对摩擦阻力系数的影响很小;在拟临界区域摩擦阻力系数有阶跃式增长现象,且这种阶跃增长现象随着压力的增加而减弱。整理试验数据得到超临界水的内螺纹管摩擦阻力系数经验关联式,与试验值相比误差小于15%,为设计具有良好水动力特性的超临界锅炉提供可靠依据。     

600MW变压运行直流锅炉水冷壁内螺纹管内壁换热特性的研究

本文阐述国产６００ＭＷ变压运行直流锅炉采用的φ２８×５．４１ｍｍ四头１２Ｃｒ１ＭｏＶ内螺纹管内壁换热特性的试验研究结果。试验参数范围为：压力Ｐ＝１３～２７ＭＰａ，质量流速Ｇ＝４００～１８００ｋｇ／ｍ２·ｓ，内壁热负荷ｑ＝２００～８００ｋｗ／ｍ２。蒸汽干度ｘ＝０～１．０。通过试验，得出了内螺纹管的壁温度变化规律和内壁换热系数的变化规律。根据试验数据总结出了内螺纹管内壁单相换热的准则方程和双相换热的准则方程，为锅炉的设计和运行提供了可靠的数据。     

超临界压力下内螺纹管摩擦阻力特性研究

该文研究了国产６００ Ｍ Ｗ 直流锅炉水冷壁内螺纹管在超临界压力下的摩擦阻力特性。试验段为２８ ×５ ．４１ｍ ｍ 的四头１２ Ｃｒ１ Ｍｏ Ｖ 内螺纹管,试验参数为压力 Ｐ＝ ２３ ～２７ Ｍ Ｐａ ,质量流速 Ｇ＝ ６００ ～１８００ｋｇ／ｍ ２·ｓ,工质焓ｈ ＝ ６００ ～２６００ｋ Ｊ／ｋｇ ,雷诺数 Ｒｅ ＝ ５ ×１０４ ～１ ×１０６ 。通过试验,得到了内螺纹管的摩擦阻力系数及其随压力、质量流速、工质焓和雷诺数变化的规律。根据试验数据,总结出了超临界压力下内螺纹管的摩擦阻力系数经验关系式。为锅炉的设计和运行提供了可靠的依据。图８ 表１ 参３     

锅炉内螺纹管汽液两相流摩擦压降特性试验研究

在压力为8～10 MPa、质量流速为350～600 kg/(m2.s)、含汽率为0～1的工况范围内,对直径为38.1 mm、壁厚为7.5 mm的六头内螺纹管中汽液两相流体的摩擦压降特性进行了试验研究,试验段采用水平绝热布置。试验结果表明:压力对两相流摩擦压降的影响很大,两相流摩擦压降倍率随压力增加而减小,在临界压力附近趋近于1;两相流摩擦压降倍率随含汽率增加而先增加,然后有减小的趋势;两相流摩擦压降倍率也随质量流速增加而减小。并对用于计算汽液两相流体摩擦压降的试验关联式中的B系数进行了讨论。     

螺旋槽管强化管内换热试验研究

针对电厂锅炉管式空气预热器的管内运行工况,对螺旋槽管管内流动阻力和换热性能进行的试验研究,分析了管内Re数、槽深以及节距对螺旋槽管管内阻力和换热的影响,得到了管内阻力和换热的准则关联式,并对螺旋槽管的热力性能进行了定量分析。     

滴形管凝结换热性能的实验研究

采用特殊的管子形状和表面是最为常用、有效的强化换热手段。该文以滴形管凝结换热作为研究对象,阐述了烟气中水蒸气凝结换热过程的特点及强化换热的条件。对液滴在圆管和滴管不同位置处的受力进行分析,说明不同管形对液膜层厚度的影响程度。通过回收天然气锅炉排烟余热实验,研究滴形管的凝结换热性能,分析影响换热性能的因素,并与圆形管进行比较。结果表明：烟气通过滴形换热管的压损小于圆管,温差大于圆管,冷却水温升高于圆管,换热系数高于圆管。采用滴形管对于强化凝结换热是一种行之有效的方法。     

螺旋槽管管内换热与阻力试验研究

本文以螺旋槽管应用于电站锅炉空预器为背景，利用可得到较高精度试验数据的试验装置，对以空气为工质的螺旋槽管传热与阻力特性进行了试验研究，得到传热与阻力计算公式，并对螺旋槽管的热力性能进行了评价。     

近临界压力区临界热流密度的流体模化

为了扩大现有的临界热流密度(critical heatflux,CHF)流体模化技术的适用范围,提高其预测精度,以制冷剂R134a为介质,对近临界压力区的流动沸腾CHF进行流体模化研究。研究了压力对流动沸腾CHF的影响规律,结果表明,CHF随着压力的升高而降低。基于Ahmad补偿失真模型,在流速模化因子和入口条件模化因子的基础上,引入压力模化因子,对经典流体模化模型进行改进。将CHF查询表的模化结果与R134a流动沸腾CHF实验数据进行比较,结果吻合较好。改进的模化模型适用于近临界压力区,计算结果精度较高,计算也较简单。