带有缓冲罐的传热管两相流动与传热特性分析

发布时间：2020-04-23 22:10

【摘要】：传热管为工程应用中解决热量交换问题所需的基本元件,而传热管所处系统的负荷及压力的动态变化对传热管的寿命及系统安全带来了极大隐患。缓冲罐可减小因载荷突然变化对系统产生的危害,降低系统能耗,维持系统压力稳定。因此对加有缓冲罐的传热管的两相流瞬态参数研究对于提高热交换系统的安全性有重大意义。本文以H.T.Liu的实验台为基础建立传热管两相流动与换热物理模型。以漂移流理论为基础建立了数学模型,基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了仿真模型。通过H.T.Liu的实验数据与稳态仿真数据的对比验证了模型准确性。分别进行了稳态及动态工况下的仿真,探究了传热管的流动与传热规律。并比较有无缓冲罐对传热管流动与传热的影响。本文将加热功率为800W,质量流量为9.06g/s,而流体入口温度分别为-10℃、0℃、10℃和23℃四种工况下稳态仿真得到的总压降值与实验值进行对比,最大误差小于5%,验证了模型的准确性。在不同电加热功率、不同流体入口温度及不同质量流量的工况下进行稳态仿真。得到各流动参数的变化规律。在对传热管动态流动换热的研究中发现热流密度较低时系统更稳定。对比有无缓冲罐的传热管在质量流量阶跃变化时的仿真数据,有传热管时压降的响应时间减少了5.3s,振幅降低了0.95kPa;截面含气率及质量含气率的响应时间也分别减少了14s和12.5s;观察在质量流量和流体入口温度阶跃变化时的仿真数据,发现有缓冲罐时各两相流参数对阶跃变化的响应时间及振幅更小。综上所述,本文建立的仿真模型成功模拟了带有缓冲罐的传热管两相流动瞬态参数变化,对改善传热管的安全性有重大意义。
【图文】：

图 2.1 系统物理模型 图 2.2 传热管物理模型基于以上假设，如图 2.2 所示，将传热管划分为Ⅰ、Ⅱ两个控制体，，分别代表传管的预热段和沸腾段。预热段为液相流体，沸腾段为饱和沸腾的两相流体，外热源对壁进行均匀加热。2.2 模型热工水力参数稳态计算H. T. Liu 和 S. Kakae 的实验中，供给罐(supply tank)通过连接高压氮气供应罐来持罐内压力恒定和实验中流体流动的连续稳定。故模型中供给罐压力设为定值。供给与缓冲罐(surge tank)间的针阀可控制入口质量流量，实验中通过转子流量计检测质量量。缓冲罐中可压缩气体为氮气，在稳定系统发生扰动后起到缓冲作用。加热段采用流电加热，忽略了其他元件的电阻，用 Teflon 隔板做绝热处理，并建立了辐射防护装置以保证最大限度降低热损失。加热段内流体由过冷加热到饱和沸腾，其中涉及到了复杂的流型转变及相间换为方便计算，忽略加热过程中的流型变化，考虑了折算系数，将加热段划分为预热段沸腾段两部分，预热段入口为单相过冷流体，出口为饱和液态流体；沸腾段入口参数

图 2.1 系统物理模型 图 2.2 传热管物理模型基于以上假设，如图 2.2 所示，将传热管划分为Ⅰ、Ⅱ两个控制体，分别代表传管的预热段和沸腾段。预热段为液相流体，沸腾段为饱和沸腾的两相流体，外热源对壁进行均匀加热。2.2 模型热工水力参数稳态计算H. T. Liu 和 S. Kakae 的实验中，供给罐(supply tank)通过连接高压氮气供应罐来持罐内压力恒定和实验中流体流动的连续稳定。故模型中供给罐压力设为定值。供给与缓冲罐(surge tank)间的针阀可控制入口质量流量，实验中通过转子流量计检测质量量。缓冲罐中可压缩气体为氮气，在稳定系统发生扰动后起到缓冲作用。加热段采用流电加热，忽略了其他元件的电阻，用 Teflon 隔板做绝热处理，并建立了辐射防护装置以保证最大限度降低热损失。加热段内流体由过冷加热到饱和沸腾，其中涉及到了复杂的流型转变及相间换为方便计算，忽略加热过程中的流型变化，考虑了折算系数，将加热段划分为预热段沸腾段两部分，预热段入口为单相过冷流体，出口为饱和液态流体；沸腾段入口参数
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124;TK172.4

【参考文献】

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本文编号：2638203