非均匀加热条件下超临界压力水在垂直管中的传热特性

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1、第29卷第4期核动力工程Vol.29.No.42008年8月NuclearPowerEngineeringAug.2008文章编号：0258-0926(2008)04-0057-06非均匀加热条件下超临界压力水在垂直管中的传热特性王海军，唐人虎，罗毓珊，胡志宏，陈听宽（西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，西安，710049）摘要：对超临界压力水在非均匀加热的垂直上升管中的传热特性进行了试验研究。试验参数范围：p＝23～2230MPa，质量流速G＝600～1200kg/(m·s)，内壁平均热负荷q＝200～600kW/m。试验结果表明：对于周向非均匀加热情况，热负荷

2、及传热系数的周向分布的不均匀性随雷诺数的增加而减小；同一截面上可以同时存在传热恶化和传热强化现象，传热恶化是由局部的峰值热负荷引起的；不均匀加热的垂直上升管内的平均传热系数可以采用均匀加热条件下的公式在相应的平均热负荷下进行计算；非均匀受热管传热恶化后，加热侧中点的壁温升高比相应热负荷下的均匀加热管的低。关键词：非均匀加热；超临界压力；垂直管；传热特性中图分类号：TK124文献标识码：A1前言主。但在工程实际应用中常遇到周向不均匀加超临界技术在很多工程中得到广泛引用，近热，如超临界核反应堆中的冷却剂受热、超临界年来由于超临界水冷堆概念的兴起，世界许多先变压运行锅炉的水冷

3、壁管等，这些设备的局部过进国家均展开了相应的研究。日本、欧盟和美国热都会导致事故。因此，研究周向不均匀条件下都相应的展开了针对超临界水冷堆下的传热和水的超临界压力流体传热具有重要的实际意义。动力研究工作[1～3]。此外，在超临界火电机组、本文针对垂直上升管在周向非均匀加热条件超临界制氢等工业过程中，超临界流体的传热特下的传热特性进行了试验研究，获得了该条件下性对系统的安全运行和设计有着重要影响。超临超临界水的传热特性。界流体的传热特性非常复杂，特别是在临界点附近，水的临界压力为22.115MPa，临界温度为2实验系统及方法374.1℃，临界焓值为2095.2kJ/kg。

4、在临界点本文主要研究全周均匀加热和半周不均匀加上，水与汽的参数完全相同。在低于临界压力时，热两种方式下超临界压力区水的单相流动传热过汽-液两相处于平衡共存状态。随着压力增加，汽程，试验在西安交通大学动力工程多相流国家实化潜热逐渐减小，到临界压力时，汽化潜热为零，验室的高温高压汽-液两相流实验回路上进行。即汽化在一瞬间完成。在超临界压力下，存在比实验回路如图1所示。运行流程为：储存在热容的峰值区。通常称最大比热容点的温度为拟水箱1中的水经过滤器2由高压柱塞泵3送入实[4]验系统，经流量调节阀调节流量后，通过测流量临界温度，并将这一点作为相变点。在这一区域内，流体的物性剧烈

5、变化。如流体的密度显著孔板4进入再生式换热器5，在此处吸收从试验减小，比容显著增大，粘度与导热系数也显著减段出来的汽-水混合物的热量而得到初步加热，然小。后进入预热段6，在预热段被加热到一定参数条为了理论研究的方便，前人所进行的超临界件后流到试验段7。压力流体的传热实验以周向热流均匀的条件为试验所用工质为去离子水。预热段采用大电收稿日期：2007-06-05；修回日期：2007-08-22基金项目：国家自然科学基金(No.10505017)、国家自然科学专项基金(No.50323001)资助58核动力工程Vol.29.No.4.2008试验参数的范围为：p＝23～30M

6、Pa，质量2流速G＝600～1200kg/(m·s)，内壁平均热负荷2q＝200～600kW/m。试验在试验段的压力、质量流速和热负荷保持不变的条件下，用逐步增加预热段功率使试验段进口焓值逐步增加的方法，确定试验管的壁温分布，从而得出试验管的传热特性。对于非均匀加热而言，其平均热负荷是指热负荷在周向全周积分得到的平均值。图1试验系统图Fig.1TestLoop3结果及讨论1——水箱；2——过滤器；3——高压泵；4——流量孔板；5——再生式换热器；6——预热段；7——试验段；3.1不均匀加热壁温热负荷和传热系数的周向8——冷凝器；9——冷却塔；10——流量旁路分布图3给出

7、了两种雷诺数下周向不均匀加热垂流交流电直接加热。试验段为垂直上升放置方式。直管的壁温、热负荷以及传热系数沿周向分布的试验段几何结构和数据测量系统如图2。实验结果。图中，横坐标中φ＝0°对应镀银面中工质的流量由锐边孔板配合霍尼韦尔智能差心点，φ＝180°对应非镀银面中心点。压变送器测量。试验段外壁面温度采用φ0.5mm对于周向不均匀加热圆管，其内壁热负荷的镍铬-镍硅热电偶测量。分布由管内对流传热和管壁周向导热共同决定。从图3可以看出，热负荷的周向分布的不均匀性4随雷诺数的增加而减小，在雷诺数为9.5×10和52.8×10时，对应最大与最小热