棒束通道内自然循环流动阻力特性

在自然循环条件下,进行了棒束通道内的流动阻力特性实验研究。结果表明,棒束通道内的流动摩擦阻力系数小于Cheng&Todreas关系式的预测值,且转捩现象不如圆管明显,转捩点Reynolds数为800左右。根据实验结果拟合了层流区的摩擦阻力系数计算关系式,该关系式仍然符合圆管中层流摩擦阻力系数的计算形式。另外,棒束通道的流动在自然循环条件下仍具有宽广的过渡区。通过实验还发现,加热段的热通量会影响棒束通道的摩擦阻力,摩擦阻力系数随热通量的增大而减小,并根据实验结果提出了不同热通量下摩擦阻力系数的黏度修正计算式。棒束定位格架的局部阻力没有明显的转捩现象,并根据局部阻力系数的变化规律拟合了Re < 1500和Re > 2000时的局部阻力系数计算关系式。     

倾斜对窄矩形通道内流动阻力特性影响

在绝热强迫循环条件下,进行了窄矩形通道内的流动阻力特性实验研究,结果表明:在层流区,矩形通道内的摩擦阻力系数与ShahLondon关系式吻合很好。在加热自然循环条件下,为探究倾斜与摩擦阻力特性的关系,进行了压力0.2 MPa,欠热度40~60 K,倾斜角度-30°~30°的单相流动阻力特性实验研究。结果表明:在倾斜条件下,基于Navier-Stocks方程的摩擦阻力预测值不再适用于单面加热窄矩形通道;在层流区,正倾会使单面加热窄矩形通道内的流动阻力增大,且阻力系数随倾斜角度增加而显著增大;反倾时,阻力系数随倾斜角度改变无明显变化;密度差驱动产生的二次流动使得低Reynolds数下的摩擦阻力系数变大。     

倾斜对窄矩形通道内流动阻力特性影响

在绝热强迫循环条件下,进行了窄矩形通道内的流动阻力特性实验研究,结果表明：在层流区,矩形通道内的摩擦阻力系数与Shah & London关系式吻合很好。在加热自然循环条件下,为探究倾斜与摩擦阻力特性的关系,进行了压力0.2 MPa,欠热度40～60 K,倾斜角度-30°～30°的单相流动阻力特性实验研究。结果表明：在倾斜条件下,基于Navier-Stocks方程的摩擦阻力预测值不再适用于单面加热窄矩形通道;在层流区,正倾会使单面加热窄矩形通道内的流动阻力增大,且阻力系数随倾斜角度增加而显著增大;反倾时,阻力系数随倾斜角度改变无明显变化;密度差驱动产生的二次流动使得低Reynolds数下的摩擦阻力系数变大。     

不锈钢微细圆管中去离子水流动特性

实验研究了去离子水流过不锈钢微圆管时的阻力特性,微圆管直径为543.3、654.4、737.2 μm,对应的壁面相对粗糙度分别为0.31%、0.16%、0.1%。实验中,采用长短管比较法消除实验段进、出口的局部阻力影响,通过测量得到了不同管径的压力梯度随Re的变化关系,及摩擦阻力系数f和Poiseuille数随Re的变化关系。结果表明,压力梯度随管径减小快速增加;管径较小时(d=543.3 μm)壁面相对粗糙度ε=0.31%时影响管内流动,使得摩擦阻力系数及Poiseuille数增加,转捩点提前(Re_c≈1500),当管径大于650 μm时,较小的壁面相对粗糙度不影响管内层流流动。     

矩形通道内椭圆棒束的换热及流阻特性

对设有叉排椭圆棒束的矩形通道内的换热及流阻特性进行了实验研究。借助热质比拟原理及萘升华技术，对柱面上及底板上的传热系数进行了分别测量。最后，对通道内的总体平均放热系数及阻力系数进行了计算。实验结果表明，在Ｒｅ＝１２００～８０００范围内，椭圆棒束的换热能力略高于相应的圆柱棒束，而阻力只有后者的５０％左右。     

微/小尺寸柱群流动特性

以去离子水为工质,流经直径0.5 mm、柱间距0.5 mm、柱高度分别为1.00、0.75、0.50、0.25 mm的圆柱组成的三维柱群板,板宽3.5mm、板长40 mm。测量通道内不同Reynolds数下的进出口压差及流量,研究微/小柱群内部分别在叉排和顺排时液体流动的流动特性。研究表明,当流动处于纯层流态时,微/小柱群内部流动阻力系数f与Re乘积（fRe）随着Re增加几乎不变;随着Re增加到超过100,除柱高为0.25 mm的柱群外,其余实验段fRe值随Re增加而缓慢增加,这是由于产生旋涡阻力、水流脉冲增强及频率加快导致的。对于柱高0.25 mm实验段,由于微/小尺度效应、柱群底面及柱表面粗糙度效应等导致了其fRe在Re超过150后呈快速振荡增加。微/小尺寸叉排柱群流动阻力远高于顺排柱群流动阻力系数,且柱高越高摩擦阻力系数越低。     

圆管内超临界CO_2的阻力特性

对超临界二氧化碳在圆管内流动时的压降和摩擦系数进行了实验研究。实验段长为2000 mm,内径为10mm。该实验压力范围为8～16MPa,质量流量范围为1000～1525kg·m~(-2)·s-1,内壁热通量范围为96.5～283.2kW·m~(-2)。得到了不同工况下竖直圆管内流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速、主流焓值和热通量对圆管内摩擦阻力的影响。实验结果表明摩擦压降随着质量流量和压力的增加而显著增加,特别是当主流焓值超过拟临界焓值后,其增加的速度变得更加剧烈,同时发现热通量对摩擦压降的影响较小。对于预测常物性摩擦因子的经验关联式并不能预测超临界CO_2的摩擦因子。因此提出了一个新的经验关联式,其实验数据在±20%误差范围内占83.31%。     

圆管内超临界CO2的阻力特性

对超临界二氧化碳在圆管内流动时的压降和摩擦系数进行了实验研究。实验段长为2000 mm,内径为10 mm。该实验压力范围为8～16 MPa,质量流量范围为1000～1525 kg·m^-2·s^-1,内壁热通量范围为96.5～283.2 kW·m^-2。得到了不同工况下竖直圆管内流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速、主流焓值和热通量对圆管内摩擦阻力的影响。实验结果表明摩擦压降随着质量流量和压力的增加而显著增加,特别是当主流焓值超过拟临界焓值后,其增加的速度变得更加剧烈,同时发现热通量对摩擦压降的影响较小。对于预测常物性摩擦因子的经验关联式并不能预测超临界CO₂的摩擦因子。因此提出了一个新的经验关联式,其实验数据在±20%误差范围内占83.31%。     

小通道单相流体突扩和突缩局部阻力特性

采用缝隙测压这种在通道上直接测量压力的方法，测量了内径从0.330 mm变化到0.580 mm的小通道内突然扩大和突然缩小的局部阻力特性。结果表明，缝隙测压方式是一种可行的压力测量方法;与常规通道的实验结果相比，在层流阶段，小通道内液体流动具有较小的突扩局部阻力系数以及较大的突缩局部阻力系数;而在湍流阶段，小通道内液体流动的突扩和突缩局阻系数与常规通道的实验结果相同。     

同心环形管强迫流动与传热实验研究

在高温高压沸腾二相流实验系统上,实验研究了窄缝为2.05 mm的同心环形管,在不同加热条件下水的流动阻力与传热特性。2种加热方式为单内管或单外管电加热,通过处理实验测量的管壁温度获得传热系数。得到了以下结果:层流向紊流转变的临界雷诺数为2 300;环形管内的流动阻力系数小于普通圆管,外管加热时的摩擦系数小于非加热条件时的数值;窄缝环形管内换热有一定强化,高于相同条件下的圆管内紊流换热;内外管同时加热时,相比仅外管加热而言,外管的换热得到了抑制;得到了环形管内流动摩擦阻力系数与传热系数的实验关联式。     

高效复合强化换热器的管程性能

通过搭建内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器传热与压降性能测试平台,对内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器的管程传热和流阻性能进行了实验研究,以实验数据为基础拟合得到其对流传热系数和流动摩擦阻力系数与管内流体Reynolds数的计算准则关系式,将内螺纹扭曲椭圆管与光滑圆管、内螺纹圆管、光滑扭曲管的管程传热、流阻以及综合性能进行对比分析,结果显示内螺纹扭曲管流动阻力略高于其他类型的换热管,传热效果和综合性能明显优于其他类型换热管。内螺纹扭曲管作为一种内螺纹和扭曲扁管强化传热技术的叠加技术,强化传热效果明显,具有重要的工程应用价值。     

多微通道内两相流动阻力特性及气泡行为

采用去离子水作为实验工质,对14条水力直径为187.5μm的平行矩形微通道内两相流动阻力特性及气泡行为进行可视化实验。研究发现,当质量流速一定时,随着热通量增大,汽相逐渐增多,平行多微通道内压降相应增加;当热通量一定时,随着质量流速减小,压降出现先减小后增大的趋势,该曲线中的最低点被认为是静态流动不稳定性起始点(OFI点)。结合可视化图像并利用气泡动力学理论对4种不同的汽相行为特征进行分析,发现汽核受限、倒流等堵塞流道现象的出现导致系统阻力增大,压降增加。通过压降实验值与KimMudawar关系式在不同质量流速下进行比较发现,KimMudawar关系式仅能对本实验压降变化趋势进行预估,而无法对压降数值进行有效预测。     

起伏振动倾斜上升管气液两相流摩擦阻力分析与计算

起伏振动下气液两相流摩擦压降的准确计算对海洋核动力的发展有重要意义。实验研究了不同振动和流动工况下30°倾斜上升管气液两相流摩擦压降的变化规律。结果表明,起伏振动下摩擦压降波动幅度和平均值显著增大。与静止状态相比,起伏振动下摩擦压降的多尺度熵值除泡状流外明显增大,且呈现大幅振荡现象,流动不稳定性更加显著。静止状态摩擦压降模型计算结果与实验值误差较大,现有模型对于起伏振动状态不适用。分析流动和振动参数对摩擦阻力系数的影响,发现其与均相雷诺数成反比,与振动幅值以及频率成正比。以大量实验数据为基础,建立了适用于起伏振动状态的摩擦阻力系数计算关系式,计算与实验结果吻合较好。     

多微通道内两相流动阻力特性及气泡行为

采用去离子水作为实验工质,对14条水力直径为187.5 μm的平行矩形微通道内两相流动阻力特性及气泡行为进行可视化实验。研究发现,当质量流速一定时,随着热通量增大,汽相逐渐增多,平行多微通道内压降相应增加;当热通量一定时,随着质量流速减小,压降出现先减小后增大的趋势,该曲线中的最低点被认为是静态流动不稳定性起始点（OFI点）。结合可视化图像并利用气泡动力学理论对4种不同的汽相行为特征进行分析,发现汽核受限、倒流等堵塞流道现象的出现导致系统阻力增大,压降增加。通过压降实验值与Kim & Mudawar关系式在不同质量流速下进行比较发现,Kim & Mudawar关系式仅能对本实验压降变化趋势进行预估,而无法对压降数值进行有效预测。     

微槽道内单相流动阻力与传热特性

对去离子水在微槽道中的单相流动阻力和传热特性进行了实验研究.结果表明,微槽道中的流动阻力特性及传热特性与常规尺度通道相比存在明显的差异,实验的fRe值高于传统理论预测值,并且随Reynolds数的增加而增大,而传热系数则明显小于传统理论预测值,分析表明微槽道的表面粗糙度对流动和传热有重要的影响.在热阻相同的情况下,提高工质的入口温度或增加热流通量,可减小实验段的压降.同时给出了层流区的流动阻力计算关系式.     

水平细圆管内非共沸混合工质的流动沸腾

以非共沸混合工质R32/R134a为实验工质,进行了水平细圆管内流动沸腾换热实验.在获取大量实验数据的基础上,分析了质量干度、热通量和质量通量密度对沸腾换热的影响,讨论了各种工况下的换热机理,比较分析了细圆管和常规管道内流动沸腾换热性能.实验结果表明：在本实验范围内,水平细圆管内流动沸腾换热主要受热通量的影响,绝大部分实验工况下核态沸腾占主导地位.尺度效应是引起微细通道内流动沸腾换热特性不同于常规管道的主要原因.     

等腰直角三角形截面螺旋流道内层流流体的流动特性

应用CFD软件对直角三角形螺旋流道内层流流体的流动特性进行了数值模拟,得到了充分发展条件下流体的速度场,分析了无量纲曲率d、无量纲挠率l对二次流强度和流体流动阻力的影响. 结果表明,当d=0.021~0.083且Re=200~1000时,流体流过该螺旋流道产生的二次涡为稳定的两涡结构;随Re及d增大,二次流强度增强,流体阻力系数也相应增大;在研究范围内,l对二次流强度及流体流动阻力的影响不大;当结构参数及Re取值相同时,三角形螺旋流道的阻力比半圆形螺旋流道小,且随Re增大,二者的差值增大,在所计算的Re范围内三角形螺旋流道的阻力系数为半圆管螺旋流道的84.1%~99.5%.     

圆管内稳态湍流的速度分布

本文提出一种新的简捷关系式,用于计算圆管内稳态湍流的时均速度分布。将圆管内湍流核心区域的流动看作粘性层流与无粘性理想流动之间的一种过渡形态,因而湍流的速度分布是部分理想流体平推流与层流叠加的结果。其中,粘性层流的权重与雷诺数大小有关。大量计算结果表明,在雷诺数5,000￣1,000,000范围内,新关系式所计算速度分布与对数型通用速度分布基本一致,同时新的速度分布式在圆管中心处无数学奇点。     

幂律流体湍流摩擦因子的简化计算式

<正> 为了计算非牛顿流体沿管内流动的摩擦阻力损失,需要求取摩擦因子。非牛顿流体在管内呈层流流动时,其摩擦因子的计算式与牛顿流体层流流动的计算式类似: f=16/Re’(1)式中Re’为广义雷诺准数,幂律流体的广义雷诺准数可按下式计算: Re’=D~nU_m~(2-n)ρ/(k/8((6n+2)/n)~n) (2)上式中: D—管子直径,米 U_m—流体平均流速,米/秒ρ—流体密度,千克/米~3 n—流动行为指数 K—稠度指数,牛顿·秒~n/米~2 对于幂律流体在管内的湍流流动,普遍采用Dodge等人导出的隐函关系式计算湍流摩擦因子: 1/(f~(1/2))=4.0/n~(0.75)log(Re’f~(?-n/2))-0.4/n~(1.2)(3)显然,可用数值方法由上式求解摩擦因子f。虽然可以用图解法从f对Re’的关联图上直接查得一定n和Re’值下的f值,但关联图     

三面加热窄矩形通道内饱和沸腾起始点的实验研究

以去离子水为实验介质,对截面为3 mm×43 mm的三面加热窄矩形通道内饱和沸腾（FDB）起始点进行了实验研究。分析了部分热工参数对饱和沸腾起始点的影响,对三面加热窄矩形通道内饱和沸腾起始点的数据进行非线性回归分析,得到适用于三面加热窄矩形通道饱和沸腾起始点热通量的经验关系式。结果表明：新拟合得到的关系式能较准确地预测三面加热窄矩形通道内饱和沸腾起始点的热通量,其预测值的相对误差为15.17%。将新关系式计算结果与现有实验数据进行比较,源于单面加热窄矩形通道的实验数据与新关系式符合程度较好,表明新关系式可适用于单面加热窄矩形通道。