垂直上升内螺纹管中超超临界压力水的传热特性研究

在压力为10~28mpa、质量流速为500~1220kg/(m2.s)、热负荷为140~400kw/m2的工况范围内,在试验台上进行了直径38.1mm、厚度7.5mm垂直上升内螺纹管的传热特性研究.结果表明:在亚临界压力区,内螺纹管的旋流作用使内螺纹管具有明显的传热强化效果;随着压力的升高,特别是在近临界压力区,由于汽-液比体积的差值减小,内螺纹管的旋流作用降低,所以强化传热效果降低.在超临界压力区,管内流体属于单相流体,当管中心处工质温度与贴壁处工质温度均低于拟临界温度时,管中心工质与管内贴壁处工质之间的比体积相差很小,使得内螺纹管的旋流作用降低,管壁温度升高较快,传热恶化;当管中心工质温度低于拟临界温度、而贴壁处工质温度高于拟临界温度时,两处工质之间的比体积差增大,使得内螺纹管的旋流作用增强,传热强化,壁温降低.

本文在压力p=19.0～22.5mpa、质量流速g=600～1000kg/(m~2s)、内壁热流密度q=300～500kw/m~2的参数范围内,对水在新型垂直上升内螺纹管内的传热特性进行了实验研究。研究发现,在近临界压力区,内螺纹管的内壁温随质量流速的增加而降低,随热流密度的增大而升高。在本文研究参数范围内,近临界压力区的水在内螺纹管内传热时并未出现明显的传热恶化。通过实验数据的对比发现,近临界压力区的亚临界压力部分水的传热特性与超临界压力部分水的传热特性具有相似性。

在超临界压力下,对倾角α=19.5°的28.6×5.8(mm)倾斜上升内螺纹管内水的传热特性及管壁温度分布进行了试验研究。试验参数范围:p=23~28mpa,质量流速g=600~1200kg/(m2s),平均内壁热流密度q=300~600kw/m2。试验结果表明:管内螺纹造成的漩流作用可减弱内螺纹管截面上自然对流的影响。倾斜内螺纹管壁温及传热系数沿周向分布不均匀性很小。壁面热负荷越大,壁温越高;提高质量流速可降低壁温。在高焓值区,压力越高,传热越强。此外,还提出了传热系数的计算公式以供工程设计参考。图6表1参11

在p=9～28mpa,g=600～1200kg/(m2ˇs),q=200～600kw/m2的工况范围内,研究了φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(水平倾角α=19.5°)中亚临界以及超临界汽-液的传热特性。试验结果表明在亚临界压力区,内螺纹管有效地抑制了膜态沸腾的发生,但近临界压力区内螺纹管传热强化作用减弱;超临界压力区内螺纹管的传热良好;工程设计时要保证足够的管内最小质量流速;文中还给出了临界质量流速的试验关联式。

通过对比不同结构尺寸的垂直上升内螺纹管在亚临界及超临界压力下的传热系数计算关联式,结果表明:传热系数随着质量流量的增大、压力及热负荷的减小而增大;换热系数峰值在两相沸腾区;在超临界压力区,由于水在拟临界附近变化剧烈,在拟临界焓值区传热系数有最大值。内螺纹管结构参数对传热特性的影响与无因次数n有密切关系。

在压力9～22mpa,质量流速450～2000kg·m?2·s?1,内壁热负荷200～700kw·m?2的参数范围内,试验研究了用于1000mw超超临界锅炉??28.6mm×5.8mm垂直上升内螺纹水冷壁管内汽水流动沸腾传热。研究表明:内螺纹管内壁螺纹的漩流作用可抑制偏离核态沸腾(dnb)传热恶化,内螺纹管在高干度区发生蒸干型(do)传热恶化。增大质量流速可推迟壁温飞升,壁温飞升幅度随质量流速增大而降低。热负荷越大管壁温越高,随热负荷增大管壁壁温飞升提前,且传热恶化后壁温飞升值增大。随着压力增加,壁温飞升发生干度值减小。内螺纹管汽水流动沸腾传热系数呈?形分布,传热系数峰值出现在汽水沸腾区。文中还给出了亚临界压力区内螺纹管单相区和汽水沸腾区的传热系数试验关联式。

本文在全周加热和单侧加热的条件下,对600mw超临界变压运行直流锅炉水冷壁φ28×6mm内螺纹管进行了传热与阻力特性的试验研究。试验参数为压力13-27mpa,质量流速400-1800kg/m2·s,内壁热负荷200-800kw/m2。试验得出了在不同参数条件下的壁温分布、发生传热恶化的临界条件、单相及两相对流放热系数、干涸后放热系数及内螺纹管的摩擦压降,提出了计算关联式,比较了单侧加热与全周加热的区别,为超临界锅炉设计提供了重要依据。

通过对600mw超临界w火焰锅炉水冷壁的设计与应用,研究试验φ32mm×6.3mm四头12cr1movg优化内螺纹管(omlr)在亚临界、近临界、超临界区的流动传热特性。试验获得了不同工况(压力、热负荷、质量流速)下内螺纹管壁温分布和内壁换热系数随焓值的变化规律。并根据试验数据,拟合建立单相、两相换热系数计算关联式,同时进一步建立传热恶化发生时的临界条件及干涸后传热计算关联式,为锅炉垂直上升内螺纹管水冷壁设计和运行提供可靠数据。

对超临界水在不同结构参数的竖直内螺纹管内的流动和传热特性进行数值模拟研究,重点分析了内螺纹管的螺旋升角、相对螺纹宽度和相对螺纹高度在不同质量流速和热流密度条件下对传热和阻力特性的影响规律。结果表明:内螺纹管的传热系数和阻力系数均随升角的减小而增加;相对螺纹宽度的变化对内螺纹管的传热和阻力特性几乎无影响;随着相对螺纹高度的增加,传热系数和阻力系数均增加。通过对内螺纹管的综合性能分析,结构参数对超临界流体传热和阻力特性的影响顺序依次为螺旋升角、螺纹高度、螺纹宽度。

内螺纹管作为一种高效的节能元件已在动力、航天、电子等领域广泛应用,为进一步促进内螺纹强化传热技术研发,对近30年来内螺纹管内流动传热研究进行了综述,内容涉及内螺纹管内流动传热机理、传热规律、传热恶化及预报等.

在压力22.5~28mpa,质量流速600~1000kg·m-2·s-1,工质比焓800~3100kj·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。

在热流密度q=0~25kw/m2、质量流速g=10~262kg/(m2·s)及入口压力pin=8~9mpa的实验参数范围内,研究超临界压力co2在螺旋管中上升流动的传热特性,分析质量流速、热流密度及入口压力对换热系数的影响规律。结果表明,沿程换热系数总体呈先上升后下降的趋势,极大值发生在主流平均温度小于准临界温度而壁温大于准临界温度条件下;在换热系数上升段,沿程近壁区流体比热容增加引起的单位体积流体换热能力增强以及粘度减小引起的热边界层减薄是传热强化的主要因素;当近壁区co2发生类液态到类气态的转变时,其比热容和导热系数减小是换热系数下降的主导因素。对于物性变化剧烈的超临界流体传热,nu数仅作为对流与导热相对大小的度量,其数值大小不能客观反映实际换热能力的强弱。

在压力p=24~32mpa、质量流速g=420~800kg/(m2·s)、外壁热流密度q=150~360kw/m2的参数范围内,对低质量流速下水在超临界循环流化床(cfb)环形炉膛锅炉水冷壁中内螺纹管内的传热特性进行了实验研究,得到了不同运行工况下内螺纹管的壁温分布规律,分析了外壁热负荷、质量流速和压力对内螺纹管传热特性的影响,并给出了可用于工程实践的实验关联式。结果表明:超临界压力下,内螺纹管壁温随流体焓值的增加单调增加,在拟临界点附近发生了传热强化现象,壁温曲线变平缓,传热系数达到最大值;外壁热负荷的增大、质量流速的减小以及压力的增大都会使内螺纹管壁温升高,传热系数减小。

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。

内螺纹铜管又称非平滑管，英文名称innergroovedcoppertube(igt)，是指 外表面光滑，内表面具有一定数量，一定规则螺纹的内螺纹tp2紫铜管。 由于内螺纹铜管内表面积的增加，所以它的导热性能要比光管提高百分之二十到三十。 内螺纹铜管的发展大致经历了如下几个发展阶段： （1）山型齿内螺纹管； （2）梯型槽内螺纹管； （3）顶角型内螺纹管； （4）细高齿型内螺纹管。（又称瘦高齿内螺纹铜管） 目前，国外又陆续推出了高低齿齿型、齿顶开槽、双旋向等内螺纹管 传热性能： 按照国标gb/t20928-2007中的要求，内螺纹铜管产品按照产品名称、牌号、状态、 外径、底壁厚、齿高加齿顶角、螺旋角、螺纹数和标准编号的顺序表示： 示例1：tp2m2φ9.52×0.30+0.20-53-18/60gb/t20928-20072、（用tp2制造的， 供应状态为

经过实验与理论对比,研究了r404a在外径9.52mm内螺纹管内局部平均冷凝换热系数。采用cavallini纯工质与混合工质关联式分别计算的冷凝换热系数,最大偏差不到4%。在工程计算r404a内螺纹管内冷凝换热系数时,可将其以纯质来对待。分析比较cavallini,yu-koyama和kaushink-azer关联式,各自的理论预测值和实验结果相比,表明cavallini关联式的预测精度最高,其标准偏差为7.76%。因此cavallini关联式对于r404a在管内的冷凝换热预测有较好的适用性。研究结果对r404a冷凝器的工程设计及其优化具有一定的参考意义。

本文主要介绍了亚临界锅炉内螺纹管水冷壁工艺分析、工艺改进及使用后的效果。

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在压力为9～22mpa,质量流速为600～1200kg/(m2·s),含汽率为0～1的工况范围内,对φ38.1mm×7.5mm的6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,随压力增加,两相流摩擦压降倍率减小,在临界压力附近,两相流摩擦压降倍率趋近于1;随含汽率增加,两相流摩擦压降倍率先增加,然后有减小的趋势;随质量流速增加,两相流摩擦压降倍率减小。用于计算单相水摩擦压降系数以及用于计算汽-液两相流体摩擦压降的试验关联式被提供。

对于非共沸混合制冷剂r410a在外径9.52mm、5mm的两种不同的几何参数的内螺纹的流动沸腾换热进行了实验研究,分析讨论了制冷剂质量流速、管外水流量变化、强化管的参数、强化管的压降对换热系数影响以及其机理。试验的结果表明:换热系数随着流量的增大而增大,管径的大小对换热系数的影响较大,在相同的流量下,9.52mm的换热系数比5mm的大到110%~230%,5mm管的压降比9.52mm的大200%~300%。

本文分析了螺纹管换热器的强化传热的机理,论述了螺纹管换热器的准则方程,并提出了螺纹的最佳导程、槽深等结构参数。

本文针对原有内螺纹管水压工装的原理、结构及使用后的效果，结合生产实情，对局部结构进行了改进设计，有效地提高了生产效率。