超临界CO 2 竖直光管内向上流动摩擦压降特性
发布时间：2021-11-21 03:20
超临界流体被广泛应用于工程技术领域,包括核工程、电力工程或航空工程等,但是由于物性剧烈的非线性变化,传热与表面摩擦取决于多种影响因素,导致超临界流体的流动压降特性并未得到较好地揭示.本文研究了超临界二氧化碳（CO2）在光滑圆管内热流密度qw、质量流速G以及压力P对摩擦压降特性的影响,比较了超临界CO2和常物性流体摩擦压降特性,并提出了一个预测超临界流体摩擦因子的新方法.结果表明,超临界CO2的摩擦特性与常物性流体不同,物性的剧烈非线性变化导致其流动特性异常复杂;摩擦压降被多种边界条件共同影响,可以表达为ΔPfexp/ΔPfiso=f（P, qw, G, Tb/Tw）的函数形式,其中ΔPfexp和ΔPfiso分别为超临界流体摩擦压降和等温流体摩擦压降, Tb和Tw分别为主流温度和壁面温度.随着压力增大,摩擦压降迅速减小.给定入口温度,超临界沸腾数（supercritical boiling number, SBO）对传热恶化发生时的流动特性有很大的影响,简单的物性修正不是有效方法.已存在的预测方法均不...
【文章来源】：科学通报. 2020,65(32)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同SBO下的超临界CO2流动压降特性
通过实验获得8 mm管径下的实验数据以评价不同关联式的预测结果,如图8所示.不同形式的关联式均不能预测超临界CO2的摩擦因子,尤其是当摩擦因子大于0.03时,Kirillov等人[9]的关联式预测能力最差,Mikheev[7]关联式各项误差均优于另外两个关联式,但是结果非常发散.这些关联式均是从理想的单相流体出发,认为超临界流体的异常流动传热行为是由物性变化导致的.但是,从三种不同类型的关联式预测结果来看,采用物性对等温流体摩擦因子修正的方法并不能预测超临界流体的摩擦因子.除此之外,我们之前的研究表明,单相理想的流体概念也同样不能很好地处理超临界流体的异常传热行为[17].但是,新关联式预测的平均相对误差、平均绝对相对误差和均方根相对误差分别为–8.78%、18.86%和24.31%,精度大大提升.3 结论
如图3所示为给定其他参数,不同热流密度、质量流速或压力下摩擦压降随焓值变化情况.相同焓值下,随着热流密度增大,摩擦压降有所增加,不同热流密度对摩擦压降的影响较小(图3(a)).图3(b)所示为质量流速对摩擦压降的影响,随着质量流速从1000增大到1500 kg m–2s–1,相同焓值下的摩擦压降迅速增大,尤其是在拟临界点之后,质量流速的影响更明显.摩擦压降随质量流速增大明显主要是因为摩擦压降大小与质量流速的二次方的关系,而摩擦因子的变化是导致摩擦压降在拟临界点前后不同的主要原因.在给定的质量流速下,随着焓值增大,摩擦压降迅速增大.但是对于质量流速为1500 kg m–2s–1,摩擦压降增加的幅度明显大于其他两个质量流速,质量流速增大和密度降落是导致摩擦压降剧烈变化的主要原因.如图3(c)所示,压力对摩擦压降的影响在拟临界点之前很小,但是随着焓值经过拟临界点,相同焓值下的摩擦压降迅速降低,并且随着焓值增大,摩擦压降降低的程度增大这是由于压力升高会使密度和黏度均增大,但是密度增大使摩擦压降减小,而黏度增大使摩擦压降增大,综合效应是摩擦压降减小.显然,密度变化对摩擦压降影响更重要.张伟强等人[14]曾在超临界流体流动传热实验过程中报道过类似结果.图3 不同参数对摩擦压降的影响.(a)在din=8 mm、P=15.545 MPa和G=1500 kg m–2s–1下,热流密度对摩擦压降的影响;(b)在din=8 mm、P=15.545 MPa和qw=125.5 k W m–2下,质量流速对摩擦压降的影响;(c)在din=8 mm、G=1500 kg m–2s–1和qw=175 k W m–2下,压力对摩擦压降的影响
本文编号：3508665
【文章来源】：科学通报. 2020,65(32)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同SBO下的超临界CO2流动压降特性
通过实验获得8 mm管径下的实验数据以评价不同关联式的预测结果,如图8所示.不同形式的关联式均不能预测超临界CO2的摩擦因子,尤其是当摩擦因子大于0.03时,Kirillov等人[9]的关联式预测能力最差,Mikheev[7]关联式各项误差均优于另外两个关联式,但是结果非常发散.这些关联式均是从理想的单相流体出发,认为超临界流体的异常流动传热行为是由物性变化导致的.但是,从三种不同类型的关联式预测结果来看,采用物性对等温流体摩擦因子修正的方法并不能预测超临界流体的摩擦因子.除此之外,我们之前的研究表明,单相理想的流体概念也同样不能很好地处理超临界流体的异常传热行为[17].但是,新关联式预测的平均相对误差、平均绝对相对误差和均方根相对误差分别为–8.78%、18.86%和24.31%,精度大大提升.3 结论
如图3所示为给定其他参数,不同热流密度、质量流速或压力下摩擦压降随焓值变化情况.相同焓值下,随着热流密度增大,摩擦压降有所增加,不同热流密度对摩擦压降的影响较小(图3(a)).图3(b)所示为质量流速对摩擦压降的影响,随着质量流速从1000增大到1500 kg m–2s–1,相同焓值下的摩擦压降迅速增大,尤其是在拟临界点之后,质量流速的影响更明显.摩擦压降随质量流速增大明显主要是因为摩擦压降大小与质量流速的二次方的关系,而摩擦因子的变化是导致摩擦压降在拟临界点前后不同的主要原因.在给定的质量流速下,随着焓值增大,摩擦压降迅速增大.但是对于质量流速为1500 kg m–2s–1,摩擦压降增加的幅度明显大于其他两个质量流速,质量流速增大和密度降落是导致摩擦压降剧烈变化的主要原因.如图3(c)所示,压力对摩擦压降的影响在拟临界点之前很小,但是随着焓值经过拟临界点,相同焓值下的摩擦压降迅速降低,并且随着焓值增大,摩擦压降降低的程度增大这是由于压力升高会使密度和黏度均增大,但是密度增大使摩擦压降减小,而黏度增大使摩擦压降增大,综合效应是摩擦压降减小.显然,密度变化对摩擦压降影响更重要.张伟强等人[14]曾在超临界流体流动传热实验过程中报道过类似结果.图3 不同参数对摩擦压降的影响.(a)在din=8 mm、P=15.545 MPa和G=1500 kg m–2s–1下,热流密度对摩擦压降的影响;(b)在din=8 mm、P=15.545 MPa和qw=125.5 k W m–2下,质量流速对摩擦压降的影响;(c)在din=8 mm、G=1500 kg m–2s–1和qw=175 k W m–2下,压力对摩擦压降的影响
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