半壁受热管内插扭带的过冷流动沸腾传热特性数值模拟
发布时间：2021-08-02 07:07
本文使用欧拉多相流模型数值模拟水在半壁受热管内插入扭带的过冷流动沸腾的传热特性,并用公开发表的实验数据对模拟数据进行验证,2种数据吻合良好。同时,在插入扭带的不同扭转比y=4.0、8.0、11.4,质量流量G=900、1 165 kg/（m2·s）,热流密度q=570、741 kW/m2情况下,对过冷流动沸腾下截气率、沸腾起始点（ONB）、水温、壁面温度分布和传热系数等传热特性进行了分析。结果表明,管内插入扭带对于半壁面加热的过冷流动沸腾具有传热强化作用,而且扭转程度越大的扭带对半壁加热的过冷流动沸腾强化换热越强烈。
【文章来源】：热力发电. 2020,49(07)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
光管z=2.0m处截气率云图Fig.8Thecontourofvaporvolumefractionatz=2.0mofthesmoothpipe
流模型本文中的数值模型使用了混合湍流模型，此模型中k和方程关系式如下：t,mmmmkk,mm()()mkkkktG(22)mt,mmmm1k,m2m()()()tCGCk(23)式中：m为混合密度，kg/m3；m为分子黏度，kg/(m.s)；m为速度，m/s；m为源项，kg/(m·s4)。混合湍流黏度t,m与产生的湍动能Gk,m公式如下：2t,mmμkuC(24)Tk,mt,mmmmG():(25)1.2物理模型本文模型是垂直上升管，加热壁面提供恒定的均匀热流密度，模型及边界条件如图1所示。圆管长L=2000mm，直径d=15.4mm，壁厚w=2mm，工作压力p=4.5MPa。工作介质为水，进口水温T=470.55K，重力加速度g=9.81m/s2，方向为Z轴方向，模拟操作参数见表1。圆管材料为不锈钢，相关参数见表2。图1模型及边界条件Fig.1Themodelandtheboundaryconditions表1模拟操作参数Tab.1Theoperationparametersinsimulations参数数值工作压力p/MPa4.5入口温度Tinlet/K470.55热流密度q/(kW·m–2)570重力加速度g/(m·s–2)9.81质量流量G/(kg·(m2·s)–1)900
第7期周贺义等半壁受热管内插扭带的过冷流动沸腾传热特性数值模拟109http://www.rlfd.com.cn表2不锈钢材料参数Tab.2Propertyparametersofthestainlesssteel参数数值密度/(kg·m–3)8030比热容cp/(J·(kg·K)–1)502.48导热系数/(W·(m·K)–1)16.271.3网格独立性验证在本文中，采用六面体结构性网格对模型进行划分，网格划分的横截面如图2所示。为了保证模型网格的独立性，对4个不同的网格数进行分析。以表1参数为例，流体入口温度470.55K，加热壁面热流密度570kW/m2，不同网格数量的计算结果见表3。图2网格横截面Fig.2Thecross-sectionofthegrid表3不同网格数下出口截气率Tab.3Thevaporvolumefractionsattheoutletwithdifferentgridnumbers网格数截气率/%偏差值/%60800045.5486400044.422.51103040043.532.05122880043.540.020当网格数为1030400和1228800时，根据式(26)计算的蒸汽体积分数误差只有0.020%。当网格为1030400时，网格数目的增加对计算结果的影响不大。因此，当网格数为1030400时，可以满足精度要求，网格的独立性检验完成。11=NNN(26)式中：为截气率，%；为偏差值，%。1.4模型验证为了验证本文RPI沸腾模型的适用性和准确性，利用Bartolemei等人的实验数据[13-15]进行验证。本文通过数值模拟计算出沿圆管轴向的截气率和过冷度，其与实验数据的对比如图3所示。由图3可以看出，数值模拟结果和实验结果具有良好的统一性。图3过冷度与截气率的模拟值与实验值对比Fig.3Thesimulatedandexperiment
【参考文献】：
期刊论文
[1]超超临界循环流化床锅炉内螺纹管水冷壁流动传热特性试验研究[J]. 王文毓,李耀德,赵云杰,曲默丰,杨冬,凌文. 中国电机工程学报. 2018(02)
[2]T23和T91高温过热器短时超温爆管的组织性能分析[J]. 史志刚,马红,崔雄华,王飞,王碧磊. 热力发电. 2014(09)
本文编号：3317129
【文章来源】：热力发电. 2020,49(07)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
光管z=2.0m处截气率云图Fig.8Thecontourofvaporvolumefractionatz=2.0mofthesmoothpipe
流模型本文中的数值模型使用了混合湍流模型，此模型中k和方程关系式如下：t,mmmmkk,mm()()mkkkktG(22)mt,mmmm1k,m2m()()()tCGCk(23)式中：m为混合密度，kg/m3；m为分子黏度，kg/(m.s)；m为速度，m/s；m为源项，kg/(m·s4)。混合湍流黏度t,m与产生的湍动能Gk,m公式如下：2t,mmμkuC(24)Tk,mt,mmmmG():(25)1.2物理模型本文模型是垂直上升管，加热壁面提供恒定的均匀热流密度，模型及边界条件如图1所示。圆管长L=2000mm，直径d=15.4mm，壁厚w=2mm，工作压力p=4.5MPa。工作介质为水，进口水温T=470.55K，重力加速度g=9.81m/s2，方向为Z轴方向，模拟操作参数见表1。圆管材料为不锈钢，相关参数见表2。图1模型及边界条件Fig.1Themodelandtheboundaryconditions表1模拟操作参数Tab.1Theoperationparametersinsimulations参数数值工作压力p/MPa4.5入口温度Tinlet/K470.55热流密度q/(kW·m–2)570重力加速度g/(m·s–2)9.81质量流量G/(kg·(m2·s)–1)900
第7期周贺义等半壁受热管内插扭带的过冷流动沸腾传热特性数值模拟109http://www.rlfd.com.cn表2不锈钢材料参数Tab.2Propertyparametersofthestainlesssteel参数数值密度/(kg·m–3)8030比热容cp/(J·(kg·K)–1)502.48导热系数/(W·(m·K)–1)16.271.3网格独立性验证在本文中，采用六面体结构性网格对模型进行划分，网格划分的横截面如图2所示。为了保证模型网格的独立性，对4个不同的网格数进行分析。以表1参数为例，流体入口温度470.55K，加热壁面热流密度570kW/m2，不同网格数量的计算结果见表3。图2网格横截面Fig.2Thecross-sectionofthegrid表3不同网格数下出口截气率Tab.3Thevaporvolumefractionsattheoutletwithdifferentgridnumbers网格数截气率/%偏差值/%60800045.5486400044.422.51103040043.532.05122880043.540.020当网格数为1030400和1228800时，根据式(26)计算的蒸汽体积分数误差只有0.020%。当网格为1030400时，网格数目的增加对计算结果的影响不大。因此，当网格数为1030400时，可以满足精度要求，网格的独立性检验完成。11=NNN(26)式中：为截气率，%；为偏差值，%。1.4模型验证为了验证本文RPI沸腾模型的适用性和准确性，利用Bartolemei等人的实验数据[13-15]进行验证。本文通过数值模拟计算出沿圆管轴向的截气率和过冷度，其与实验数据的对比如图3所示。由图3可以看出，数值模拟结果和实验结果具有良好的统一性。图3过冷度与截气率的模拟值与实验值对比Fig.3Thesimulatedandexperiment
【参考文献】：
期刊论文
[1]超超临界循环流化床锅炉内螺纹管水冷壁流动传热特性试验研究[J]. 王文毓,李耀德,赵云杰,曲默丰,杨冬,凌文. 中国电机工程学报. 2018(02)
[2]T23和T91高温过热器短时超温爆管的组织性能分析[J]. 史志刚,马红,崔雄华,王飞,王碧磊. 热力发电. 2014(09)
本文编号：3317129
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