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《上海交通大学》 2010年
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微通道内超临界氮的流动与传热特性研究

黄禹  
【摘要】: 超临界流体由于其在超临界状态时具有特殊的流动与传热性能,被广泛应用于动力工程、化学工程、超导体冷却、航天技术等高新技术领域,对超临界流体换热的研究,受到越来越多的重视。 目前国内外研究超临界流体主要集中于CO2和水,关于超临界氮的研究很少,本文首先分析总结了前人关于超临界流体在管内流动与换热的研究,由于超临界氮研究的重要性,设计并搭建了研究超临界氮流动与传热特性的实验台,介绍了实验测量、数据处理方法以及进行实验系统不确定度分析,从而保证测量和推导结果准确可靠。 在实验段长度为220 mm,内径为2 mm的竖直细圆管内进行了向上流动的超临界对流换热实验,讨论了不同的热流密度、质量流量和进口温度对壁面温度分布以及压降的影响,并用浮升力和热加速准则解释了其中的一些热流体现象。实验过程中还发现壁面温度振荡现象,解释了该现象发生的原因,并讨论了热流密度和质量流量对振荡的影响。将实验结果与经验公式的计算结果进行比较,分析了经验公式预测Nu数和摩擦因子f的适用性。并针对实验工况进行了数值计算,预测了沿程局部温度分布和压降,与实验数据进行比较,得到了较好的吻合程度,还计算了不同工况条件下管内流体的速度分布,分析了变物性和浮升力对管内流体速度分布的影响,并且解释了相关的换热系数和压降变化。通过与其他文献中的数据的比较,标准k-ε湍流模型和SST模型以及不同壁面率y+对计算结果有很大的影响,数值计算结果对于预测壁面温度分布和压降有一定的适用性。 最后讨论分析了目前国内外关于螺旋管的研究状况,总结了螺旋管的流动与传热特性,在前面细圆管内超临界氮流动与换热数值计算的基础上,对螺旋管实验段进行了三维数值计算,考察了螺旋管内温度分布、截面速度分布以及沿程平均换热系数的变化。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK124

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