微通道內超臨界氮的流動與傳熱特性研究.pdf

1、超臨界流體由于其在超臨界狀態(tài)時具有特殊的流動與傳熱性能,被廣泛應用于動力工程、化學工程、超導體冷卻、航天技術等高新技術領域,對超臨界流體換熱的研究,受到越來越多的重視。目前國內外研究超臨界流體主要集中于CO2和水,關于超臨界氮的研究很少,本文首先分析總結了前人關于超臨界流體在管內流動與換熱的研究,由于超臨界氮研究的重要性,設計并搭建了研究超臨界氮流動與傳熱特性的實驗臺,介紹了實驗測量、數據處理方法以及進行實驗系統不確定度分析,從而保證測

2、量和推導結果準確可靠。在實驗段長度為220 mm,內徑為2 mm的豎直細圓管內進行了向上流動的超臨界對流換熱實驗,討論了不同的熱流密度、質量流量和進口溫度對壁面溫度分布以及壓降的影響,并用浮升力和熱加速準則解釋了其中的一些熱流體現象。實驗過程中還發(fā)現壁面溫度振蕩現象,解釋了該現象發(fā)生的原因,并討論了熱流密度和質量流量對振蕩的影響。將實驗結果與經驗公式的計算結果進行比較,分析了經驗公式預測Nu數和摩擦因子f的適用性。并針對實驗工況進行了數

3、值計算,預測了沿程局部溫度分布和壓降,與實驗數據進行比較,得到了較好的吻合程度,還計算了不同工況條件下管內流體的速度分布,分析了變物性和浮升力對管內流體速度分布的影響,并且解釋了相關的換熱系數和壓降變化。通過與其他文獻中的數據的比較,標準k-ε湍流模型和SST模型以及不同壁面率y+對計算結果有很大的影響,數值計算結果對于預測壁面溫度分布和壓降有一定的適用性。最后討論分析了目前國內外關于螺旋管的研究狀況,總結了螺旋管的流動與傳熱特性,在前