圓管內(nèi)超臨界水非均勻傳熱及流動(dòng)特性數(shù)值研究.pdf

1、超臨界鍋爐和超臨界水冷堆系統(tǒng)分別是目前和未來(lái)清潔能源高效利用的發(fā)展熱點(diǎn)，兩者設(shè)備都是利用超臨界壓力水在做功過(guò)程中具有較高熱效率的特點(diǎn)，因此，研究超臨界壓力下流體的傳熱和流動(dòng)特性對(duì)超臨界水的利用有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　由于超臨界水的壓力較高，加熱條件較為復(fù)雜以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的局限使試驗(yàn)研究的過(guò)程中不能觀察到流道內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，從而不能更進(jìn)一步觀察圓管內(nèi)超臨界水的流動(dòng)現(xiàn)象以及其對(duì)傳熱的影響。近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)的不斷發(fā)

2、展，使計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬超臨界壓力下流體的流動(dòng)過(guò)程成為可能性，使之成為研究超臨界流體的流動(dòng)和傳熱特性的有效手段。
　　本文利用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX，對(duì)26MPa下超臨界水在不同放置方式圓管中流動(dòng)和傳熱過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果和前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，驗(yàn)證了本論文使用的物理模型和數(shù)值方法的合理性。同時(shí)分別對(duì)圓管傾斜、豎直和水平放置時(shí)，熱負(fù)荷和質(zhì)量流速對(duì)管內(nèi)超臨界水的流動(dòng)和傳熱狀態(tài)進(jìn)行分析。
　　數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明:利用

3、計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX中，RNG k-ε模型，全浮力模型以及水和水蒸氣IAPWS-IF97公式能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)超臨界水在圓管中流動(dòng)和傳熱過(guò)程。其中，半周加熱傾斜上升管中出現(xiàn)流體分層現(xiàn)象，壁面溫度分布不均勻，在截面內(nèi)形成一個(gè)二次流渦，增大流體的交混作用，全周加熱傾斜管中，二次流相對(duì)強(qiáng)度較大，但主流溫度跨過(guò)擬臨界溫度后減弱較快;豎直管中上升流動(dòng)和下降流動(dòng)中熱負(fù)荷和質(zhì)量流速對(duì)傳熱系數(shù)的影響相似，而豎直上升流動(dòng)相對(duì)下降流動(dòng)更不利于換熱，出現(xiàn)傳熱惡化