竖直细圆管中超临界氮的对流换热研究

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1、低温与超导低温技术Cryo．&Supercond第37卷第7期Vo1．37No．7竖直细圆管中超临界氮的对流换热研究黄禹，沈飚，张鹏，王如竹(上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海200240)摘要：在内径为2mm的竖直细圆管内进行了向上流动的超临界对流换热实验。通过实验发现，质量流量、进口温度对壁面温度分布以及压降有很大影响；并讨论了换热发生增强和恶化的原因；用浮升力和热加速准则解释了其中的一些热流体现象。并基于FLUENT软件进行了数值计算，与实验结果进行比较，分析表明，数值计算预测壁面温度分布和压降有一定的适用性。

2、关键词：超I临界氮；换热；换热恶化；浮升力；数值计算ConvectionheattransferofsupercriticalnitrogeninasmallverticaltubeHuangYu，ShenBiao，ZhangPeng，WangRuzhu(InstituteofRofrigerationandCryogenics，Shahg

3、IaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Convectionheattransferofsupercriticalni

4、trogeninasmallverticaltubewithadiameterof2mmwasinvestigatedexperimentally．Thetestsinvestigatedtheefectsofmassflowrate．inlettemperatureonthelocalwalltemperatureandpressuredrop，aswellasthephenomenaofenhancedandde~riomtedheattransfercausedbybuoyancyandthermalacceler

5、ation．Numeri·calsimulationsarecarriedoutbyFLUENT．thenumericalpredictionscorrespondwelltOtheexperimentaldataundersomecondi·fions，butstillneedfurtherimprovement．Keywords：Supererifiealnitrogen，Heattransfer，Deteriorationofheattransfer，Buoyancy，Numericalsimulation1引言t

6、us—Boelter方程预测换热系数。Pei—XueJiang对CO：在临界压力下的换热进行了数值模拟，向上和向下流动时对壁面温度分布的预测与实验结超临界流体是温度和压力均高于临界点的流果非常接近，主要是由于浮升力和热加速的影响体，在临界点附近物质的粘性、密度、比热以及其的都比较小。小热流密度相比大热流密度的情它一些性质变化非常剧烈，处于超临界状态时物况，计算结果更加准确一些，大热流密度情况下，质的气液两相性质非常接近，这种特殊的性质使计算模型还需要进一步改进。得超临界流体在诸多领域有着非常广泛的应用，国内外很多学者¨对

7、微细通道内超临界CO：和超超临界氮的研究有利于提高液化天然气冷能回收的效率以及开展在其他领域的应用，通过实临界水的研究非常广泛。随着能源危机日益加剧，验深入了解各种情况下的换热效率，与其他介质的储量丰富的天然气资源受到广泛关注，许多学者已比较发现其中的不同点和相同点，并与数值计算结经开始研究关于液化天然气冷能利用，在冷能利用果作比较，探索适用于超临界氮的换热计算模型。时液化天然气冷量回收的介质往往要用氮气，其状态即为超临界状态，而液氮与液化天然气的温区相2实验系统及方法近，所以超临界氮的实验研究将变得非常有意义。1970

8、年，R．L．VonBerg等进行了氮在临界实验系统如图1所示，主要包括液氮贮罐、高点附近垂直管内的强制对流换热实验，实验表明压钢瓶、杜瓦、实验段、汽化器和数据采集系统。氮在恒定的临界压力条件下，温度由低到高跨过实验段的长度为250mm，内径为2mm，壁厚为0．5临界点变化时，氮的换热系数先缓慢上升然后急rnln，预热段的长度为100mm，毛细管采用四通卡剧下降。在流体温度高于临界温度时可以用Dit—套接头连接。实验段进出口压力使用两个绝对压收稿日期：2009—05—04作者简介：黄禹(1986一)，男，硕士研究生，主要研

9、究方向为低温流体传热。·l0·低温技术Cryogenics第7期力传感器测量。流体进出口温度由两个铠装的T锈钢管上作为加热器，外面覆盖15mm厚的羊毛型热电偶测量，9个0．Imm的铜一康铜(T型)热毡和一层防辐射铝箔减少漏热。热流密度通过调电偶焊接在不锈钢管外壁上，用于测量管外壁温，节直流电源的输出电流或电压来实现。