低質(zhì)量流速優(yōu)化內(nèi)螺紋管傳熱特性試驗(yàn)

在壓力p=24~32mpa、質(zhì)量流速g=420~800kg/(m2·s)、外壁熱流密度q=150~360kw/m2的參數(shù)范圍內(nèi),對低質(zhì)量流速下水在超臨界循環(huán)流化床(cfb)環(huán)形爐膛鍋爐水冷壁中內(nèi)螺紋管內(nèi)的傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,得到了不同運(yùn)行工況下內(nèi)螺紋管的壁溫分布規(guī)律,分析了外壁熱負(fù)荷、質(zhì)量流速和壓力對內(nèi)螺紋管傳熱特性的影響,并給出了可用于工程實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。結(jié)果表明:超臨界壓力下,內(nèi)螺紋管壁溫隨流體焓值的增加單調(diào)增加,在擬臨界點(diǎn)附近發(fā)生了傳熱強(qiáng)化現(xiàn)象,壁溫曲線變平緩,傳熱系數(shù)達(dá)到最大值;外壁熱負(fù)荷的增大、質(zhì)量流速的減小以及壓力的增大都會使內(nèi)螺紋管壁溫升高,傳熱系數(shù)減小。

通過對比不同結(jié)構(gòu)尺寸的垂直上升內(nèi)螺紋管在亞臨界及超臨界壓力下的傳熱系數(shù)計算關(guān)聯(lián)式,結(jié)果表明:傳熱系數(shù)隨著質(zhì)量流量的增大、壓力及熱負(fù)荷的減小而增大;換熱系數(shù)峰值在兩相沸騰區(qū);在超臨界壓力區(qū),由于水在擬臨界附近變化劇烈,在擬臨界焓值區(qū)傳熱系數(shù)有最大值。內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)參數(shù)對傳熱特性的影響與無因次數(shù)n有密切關(guān)系。

在壓力9～22mpa,質(zhì)量流速450～2000kg·m?2·s?1,內(nèi)壁熱負(fù)荷200～700kw·m?2的參數(shù)范圍內(nèi),試驗(yàn)研究了用于1000mw超超臨界鍋爐??28.6mm×5.8mm垂直上升內(nèi)螺紋水冷壁管內(nèi)汽水流動沸騰傳熱。研究表明:內(nèi)螺紋管內(nèi)壁螺紋的漩流作用可抑制偏離核態(tài)沸騰(dnb)傳熱惡化,內(nèi)螺紋管在高干度區(qū)發(fā)生蒸干型(do)傳熱惡化。增大質(zhì)量流速可推遲壁溫飛升,壁溫飛升幅度隨質(zhì)量流速增大而降低。熱負(fù)荷越大管壁溫越高,隨熱負(fù)荷增大管壁壁溫飛升提前,且傳熱惡化后壁溫飛升值增大。隨著壓力增加,壁溫飛升發(fā)生干度值減小。內(nèi)螺紋管汽水流動沸騰傳熱系數(shù)呈?形分布,傳熱系數(shù)峰值出現(xiàn)在汽水沸騰區(qū)。文中還給出了亞臨界壓力區(qū)內(nèi)螺紋管單相區(qū)和汽水沸騰區(qū)的傳熱系數(shù)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。

本文在全周加熱和單側(cè)加熱的條件下,對600mw超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐水冷壁φ28×6mm內(nèi)螺紋管進(jìn)行了傳熱與阻力特性的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)參數(shù)為壓力13-27mpa,質(zhì)量流速400-1800kg/m2·s,內(nèi)壁熱負(fù)荷200-800kw/m2。試驗(yàn)得出了在不同參數(shù)條件下的壁溫分布、發(fā)生傳熱惡化的臨界條件、單相及兩相對流放熱系數(shù)、干涸后放熱系數(shù)及內(nèi)螺紋管的摩擦壓降,提出了計算關(guān)聯(lián)式,比較了單側(cè)加熱與全周加熱的區(qū)別,為超臨界鍋爐設(shè)計提供了重要依據(jù)。

本文在壓力p=19.0～22.5mpa、質(zhì)量流速g=600～1000kg/(m~2s)、內(nèi)壁熱流密度q=300～500kw/m~2的參數(shù)范圍內(nèi),對水在新型垂直上升內(nèi)螺紋管內(nèi)的傳熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn),在近臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管的內(nèi)壁溫隨質(zhì)量流速的增加而降低,隨熱流密度的增大而升高。在本文研究參數(shù)范圍內(nèi),近臨界壓力區(qū)的水在內(nèi)螺紋管內(nèi)傳熱時并未出現(xiàn)明顯的傳熱惡化。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn),近臨界壓力區(qū)的亞臨界壓力部分水的傳熱特性與超臨界壓力部分水的傳熱特性具有相似性。

在壓力為10~28mpa、質(zhì)量流速為500~1220kg/(m2.s)、熱負(fù)荷為140~400kw/m2的工況范圍內(nèi),在試驗(yàn)臺上進(jìn)行了直徑38.1mm、厚度7.5mm垂直上升內(nèi)螺紋管的傳熱特性研究.結(jié)果表明:在亞臨界壓力區(qū),內(nèi)螺紋管的旋流作用使內(nèi)螺紋管具有明顯的傳熱強(qiáng)化效果;隨著壓力的升高,特別是在近臨界壓力區(qū),由于汽-液比體積的差值減小,內(nèi)螺紋管的旋流作用降低,所以強(qiáng)化傳熱效果降低.在超臨界壓力區(qū),管內(nèi)流體屬于單相流體,當(dāng)管中心處工質(zhì)溫度與貼壁處工質(zhì)溫度均低于擬臨界溫度時,管中心工質(zhì)與管內(nèi)貼壁處工質(zhì)之間的比體積相差很小,使得內(nèi)螺紋管的旋流作用降低,管壁溫度升高較快,傳熱惡化;當(dāng)管中心工質(zhì)溫度低于擬臨界溫度、而貼壁處工質(zhì)溫度高于擬臨界溫度時,兩處工質(zhì)之間的比體積差增大,使得內(nèi)螺紋管的旋流作用增強(qiáng),傳熱強(qiáng)化,壁溫降低.

針對600mw超臨界"w"火焰鍋爐低質(zhì)量流速水冷壁所采用的內(nèi)螺紋管及鍋爐設(shè)計參數(shù),在高壓汽水兩相流試驗(yàn)臺上進(jìn)行了垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管中兩相流不穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究,并觀測到了壓力降和密度波兩種形式的脈動.在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)就系統(tǒng)壓力、質(zhì)量流速、進(jìn)口過冷度、上游可壓縮容積、出口節(jié)流度和不對稱加熱對兩相流不穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究和分析.試驗(yàn)表明,在垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管中,壓力降型脈動出現(xiàn)在干度較低的水動力曲線負(fù)斜率段,為兩管整體脈動,而密度波型脈動出現(xiàn)在干度較高的正斜率區(qū)域,呈管間脈動.同時,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,采用均相流模型得到了不穩(wěn)定發(fā)生的界限關(guān)系式,為超臨界鍋爐低質(zhì)量流速垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管水冷壁的設(shè)計與安全運(yùn)行提供了依據(jù).

內(nèi)螺紋銅管又稱非平滑管，英文名稱innergroovedcoppertube(igt)，是指 外表面光滑，內(nèi)表面具有一定數(shù)量，一定規(guī)則螺紋的內(nèi)螺紋tp2紫銅管。 由于內(nèi)螺紋銅管內(nèi)表面積的增加，所以它的導(dǎo)熱性能要比光管提高百分之二十到三十。 內(nèi)螺紋銅管的發(fā)展大致經(jīng)歷了如下幾個發(fā)展階段： （1）山型齒內(nèi)螺紋管； （2）梯型槽內(nèi)螺紋管； （3）頂角型內(nèi)螺紋管； （4）細(xì)高齒型內(nèi)螺紋管。（又稱瘦高齒內(nèi)螺紋銅管） 目前，國外又陸續(xù)推出了高低齒齒型、齒頂開槽、雙旋向等內(nèi)螺紋管 傳熱性能： 按照國標(biāo)gb/t20928-2007中的要求，內(nèi)螺紋銅管產(chǎn)品按照產(chǎn)品名稱、牌號、狀態(tài)、 外徑、底壁厚、齒高加齒頂角、螺旋角、螺紋數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)編號的順序表示： 示例1：tp2m2φ9.52×0.30+0.20-53-18/60gb/t20928-20072、（用tp2制造的， 供應(yīng)狀態(tài)為

在高壓汽-水兩相流實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行了低質(zhì)量流速垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管密度波型不穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究,觀察到了垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管氣-液兩相流密度波型不穩(wěn)定性的一些主要特征。在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)就熱負(fù)荷、系統(tǒng)壓力、質(zhì)量流速、進(jìn)口過冷度和不對稱加熱對密度波型不穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究和分析。同時根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,采用均相流模型得到了密度波型不穩(wěn)定發(fā)生的界限關(guān)系式。

在超臨界壓力下,對傾角α=19.5°的28.6×5.8(mm)傾斜上升內(nèi)螺紋管內(nèi)水的傳熱特性及管壁溫度分布進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)參數(shù)范圍:p=23~28mpa,質(zhì)量流速g=600~1200kg/(m2s),平均內(nèi)壁熱流密度q=300~600kw/m2。試驗(yàn)結(jié)果表明:管內(nèi)螺紋造成的漩流作用可減弱內(nèi)螺紋管截面上自然對流的影響。傾斜內(nèi)螺紋管壁溫及傳熱系數(shù)沿周向分布不均勻性很小。壁面熱負(fù)荷越大,壁溫越高;提高質(zhì)量流速可降低壁溫。在高焓值區(qū),壓力越高,傳熱越強(qiáng)。此外,還提出了傳熱系數(shù)的計算公式以供工程設(shè)計參考。圖6表1參11

本文針對原有內(nèi)螺紋管水壓工裝的原理、結(jié)構(gòu)及使用后的效果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)情，對局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，有效地提高了生產(chǎn)效率。

在壓力為8～10mpa、質(zhì)量流速為350～600kg/(m2.s)、含汽率為0～1的工況范圍內(nèi),對直徑為38.1mm、壁厚為7.5mm的六頭內(nèi)螺紋管中汽液兩相流體的摩擦壓降特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,試驗(yàn)段采用水平絕熱布置。試驗(yàn)結(jié)果表明:壓力對兩相流摩擦壓降的影響很大,兩相流摩擦壓降倍率隨壓力增加而減小,在臨界壓力附近趨近于1;兩相流摩擦壓降倍率隨含汽率增加而先增加,然后有減小的趨勢;兩相流摩擦壓降倍率也隨質(zhì)量流速增加而減小。并對用于計算汽液兩相流體摩擦壓降的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式中的b系數(shù)進(jìn)行了討論。

在壓力22.5~28mpa,質(zhì)量流速600~1000kg·m-2·s-1,工質(zhì)比焓800~3100kj·kg-1范圍內(nèi),對超臨界水在四頭內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動阻力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,得到了不同工況下內(nèi)螺紋管流動阻力的變化規(guī)律,分析了壓力、質(zhì)量流速和工質(zhì)比焓變化對內(nèi)螺紋管摩擦阻力系數(shù)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:超臨界壓力下質(zhì)量流速對摩擦阻力壓降有很大影響,但對摩擦阻力系數(shù)的影響很小;在擬臨界區(qū)域摩擦阻力系數(shù)有階躍式增長現(xiàn)象,且這種階躍增長現(xiàn)象隨著壓力的增加而減弱。整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到超臨界水的內(nèi)螺紋管摩擦阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,與試驗(yàn)值相比誤差小于15%,為設(shè)計具有良好水動力特性的超臨界鍋爐提供可靠依據(jù)。

在200~450kg/(m2.s)的低質(zhì)量流速下,采用31.8mm×6mm的6頭內(nèi)螺紋管,在高壓試驗(yàn)臺上進(jìn)行了垂直和傾斜并聯(lián)內(nèi)螺紋管兩相流不穩(wěn)定性對比試驗(yàn)研究.研究表明:對壓力降脈動和密度波脈動,隨著進(jìn)口壓力和質(zhì)量流速的增加,發(fā)生脈動的界限熱負(fù)荷增加,垂直并聯(lián)管的界限熱負(fù)荷總是大于傾斜并聯(lián)管,說明垂直并聯(lián)內(nèi)螺紋管的穩(wěn)定性更好;過冷度對脈動發(fā)生的界限熱負(fù)荷和脈動周期的影響出現(xiàn)不同的趨勢.通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理,給出了兩種條件下發(fā)生不穩(wěn)定性脈動的起始點(diǎn)無因次準(zhǔn)則方程.

對超臨界水在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的豎直內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動和傳熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究,重點(diǎn)分析了內(nèi)螺紋管的螺旋升角、相對螺紋寬度和相對螺紋高度在不同質(zhì)量流速和熱流密度條件下對傳熱和阻力特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:內(nèi)螺紋管的傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)均隨升角的減小而增加;相對螺紋寬度的變化對內(nèi)螺紋管的傳熱和阻力特性幾乎無影響;隨著相對螺紋高度的增加,傳熱系數(shù)和阻力系數(shù)均增加。通過對內(nèi)螺紋管的綜合性能分析,結(jié)構(gòu)參數(shù)對超臨界流體傳熱和阻力特性的影響順序依次為螺旋升角、螺紋高度、螺紋寬度。

本文分析了螺紋管換熱器的強(qiáng)化傳熱的機(jī)理,論述了螺紋管換熱器的準(zhǔn)則方程,并提出了螺紋的最佳導(dǎo)程、槽深等結(jié)構(gòu)參數(shù)。

利用計算流體力動力學(xué)方法對恒定熱流密度內(nèi)螺紋銅管中的fe2o3-水和al2o3-水納米流體的換熱特性進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、re數(shù)和管道的不同水平位置對對流換熱系數(shù)的影響,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比,得到的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨于一致。模擬結(jié)果表明:在re數(shù)為1000~2000的范圍內(nèi),內(nèi)螺紋銅管的徑向與軸向方向上,fe2o3-水納米流體的傳熱效果好于同等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的al2o3-水納米流體,軸向方向上,當(dāng)al2o3-水納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時,對流換熱系數(shù)最大提高38.8%。fe2o3-水納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高0.3%時,對流換熱系數(shù)最大提高26.5%,而re數(shù)變化對對流換熱系數(shù)的影響要更強(qiáng)一些,最大提高78%。fe2o3-水和al2o3-水納米流體的對流換熱系數(shù)增長趨勢的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%左右。

碳鋼管接頭，內(nèi)螺紋sch80，規(guī)格尺寸見圖紙螺紋標(biāo)準(zhǔn)asmeb1.20. 尺寸數(shù)量單價 1/8"100 1/4"100 3/8"100 1/2"100 3/4"100 1"100 11/4"100 11/2"100 2"100 21/2"50 3"50 4"50 5"10 6"10 碳鋼半管接頭，內(nèi)螺紋sch80，規(guī)格尺寸見圖紙螺紋標(biāo)準(zhǔn)asmeb1.20. 尺寸數(shù)量單價 1/8"100 1/4"100 3/8"100 1/2"100 3/4"100 1"100 11/4"100 11/2"100 2"100 21/2"50 3"50 4"50 5"10 6"10 劉漫 2011*11*30

在系統(tǒng)壓力p=3～10mpa,質(zhì)量流速g=300～600kg/s,進(jìn)口過冷度δtsub=30～90℃,內(nèi)壁熱負(fù)荷q=0～190kw/m2的工況范圍內(nèi),采用試驗(yàn)段長度與內(nèi)徑之比(l/d)大于600、傾角為19.5o的φ38.1×7.5mm6頭內(nèi)螺紋管,研究了壓力、質(zhì)量流速、進(jìn)口過冷度以及兩管熱負(fù)荷不均勻?qū)Ω邏浩?水兩相流密度波脈動的影響。結(jié)果表明,隨壓力增加,系統(tǒng)穩(wěn)定性增加;隨質(zhì)量流速增加,臨界熱負(fù)荷增加,而臨界干度下降;進(jìn)口過冷度對密度波脈動呈現(xiàn)單值性影響,隨進(jìn)口過冷度下降,臨界熱負(fù)荷降低;在其他條件相同的情況下,并聯(lián)管不對稱加熱時的臨界熱負(fù)荷較對稱加熱時的臨界熱負(fù)荷更高。

介紹了紫銅內(nèi)螺紋管成型原理,成型裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)備性能

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)與理論對比,研究了r404a在外徑9.52mm內(nèi)螺紋管內(nèi)局部平均冷凝換熱系數(shù)。采用cavallini純工質(zhì)與混合工質(zhì)關(guān)聯(lián)式分別計算的冷凝換熱系數(shù),最大偏差不到4%。在工程計算r404a內(nèi)螺紋管內(nèi)冷凝換熱系數(shù)時,可將其以純質(zhì)來對待。分析比較cavallini,yu-koyama和kaushink-azer關(guān)聯(lián)式,各自的理論預(yù)測值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比,表明cavallini關(guān)聯(lián)式的預(yù)測精度最高,其標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.76%。因此cavallini關(guān)聯(lián)式對于r404a在管內(nèi)的冷凝換熱預(yù)測有較好的適用性。研究結(jié)果對r404a冷凝器的工程設(shè)計及其優(yōu)化具有一定的參考意義。

為了研究外螺紋管對低溫?zé)煔鈧鳠釓?qiáng)化的效果,搭建低溫?zé)煔庥酂峄厥赵囼?yàn)臺,通過對外螺紋管換熱器和光管換熱器在低溫?zé)煔庵械膫鳠嵩囼?yàn),比較分析外螺紋管和光管2種換熱器在不同工況下的傳熱系數(shù),根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計算擬合出試驗(yàn)傳熱關(guān)聯(lián)式。結(jié)果表明:外螺紋管換熱器的換熱系數(shù)是光管換熱器的1.05~1.09倍;煙氣流速從4.5m/s增加到7.5m/s時,外螺紋管換熱器的換熱系數(shù)增長率為47%;工質(zhì)水流速從0.3m/s增加到0.57m/s時,外螺紋管換熱器的換熱系數(shù)增長率為2.22%;外螺紋管換熱器煙氣外側(cè)的傳熱試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式nu=1.14re0.48pr0.3(5×103<re<9×103)。