传热学小论文

传热学小论文

题目

CO在细微管道内的对流传热表面传热系数的测定超临界

2

安全工程0903班

周阳0903070327

关欣杰0903070313

马一鸣0903070321

彭齐0903070330

拓龙龙0903070325

摘要本文对超临界二氧化碳在细微管道内的对流传热表面系数进行了测定，采用对实验管道直接通电加热的方法。将实验模型简化为一维导热问题处理，通过仪表测得的数据及由简化模型确定的微分方程

推导出细管内壁面温度()

t x

wi 。再利用牛顿冷却公式推导出x

h。

关键词超临界压力

2

CO；细微管道；对流传热；表面传热系数

Abstract

EXPERIMENTAL INVESTIGATION FOR CONVECTION HEAT

TRANSFER TO SUPERCRITICAL PRESSURE

2

CO IN SUBTLE TUBES

In this paper, the supercritical carbon dioxide in the piping in subtle convection heat transfer surface coefficient were determined , The experiment of direct piping electrify heats method . Will the simplified model is a d for the heat conduction problem processing , Through the instrument of the measured data of the simplified model and determination of the differential equation is deduced from the fine tube wall temperature ()

t x

wi

. x

h Reuse is deduced Newton cooling.

Key words

supercritical pressure

2

CO，subtle tubes,convection heat transfer, certainxpression coefficient of heat transfer.

1.引言

超临界压力流体对流换热的早期研究开展于二十世纪五、六十年代。近年来，随着高新技术的发展，超临界压力流体对流换热再度引起了人们的关注，应用背景主要涉及跨临界二氧化碳空调、制冷与热泵系统、液体火箭发动机超临界氢发汗冷却、超临界水氧化技术中多孔壁面的防护和冷却、超临界压水核反应堆及超临界二氧化碳高温气冷堆等。本文主要对超临界压力二氧化碳在细微管道（2mm、0.27mm）的对流换热的表面传热系数进行了推导。

2.实验系统

图1示出了实验原理系统图。二氧化碳气体从气瓶中流出，经双柱塞高压泵（Thar-P50）升压至超临界压力，经质量流量计测得流量后进入预热器以得到一定的试验段进口温度，然后进入实验段。实验段竖直放置，细管外壁包裹保温材料。

实验中需要测得的物理量有：

细管外壁面温度，采用铜-康铜热电偶测量，测量误差为0.1℃。流体在实验段的进出口温度，采用铂电阻温度计，标定误差0.1℃。实验段的进口压力、出口压力差，参考精度为0.075%，质量流量误差不超过0.1%。另外实验中还需测量实验段加压电压、加热电流及实验段电阻。

3.模型建立及研究方法

建立模型时近似的把实验段管壁内部的导热过程看做具有内热源的沿半径方向的一维导热问题。实验段外壁包裹保温材料，可认为是绝热边界条件。（如图2所示）

图2

由此可以进行三个简化：

①导热系数为常数；②稳态；③内热源均匀分布所以导热微分方程的圆柱坐标系：

211()()t t t t c r r r r r z z

ρλλλτϕϕ∂∂∂∂∂∂∂⎛⎫=+++Φ ⎪∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭ 可以改写为：

10t r r r r λ∂∂⎛⎫+Φ= ⎪∂∂⎝⎭

（3-1）

4. 公式推导

题目中相应的边界条件为：

,()2

wo D r t x μ=

= （a ） ,02D dt r dr == （b ） 对式（3-1）连续积分两次，得其通解为

212ln 4C C t r r λλλ∙⎛⎫ ⎪=-++ ⎪ ⎪⎝⎭

Φ （4-1） 式（4-1）中的1C 、2C 由边界条件确定。将边界条件式（a ）、（b ）

分别代入式（4-1）中，联立解得：

()()

w x wi f q h t x t x =- 22

1()()()ln 168wi wo d t x t x D d D ∙∙=+-+ΦΦ 代入式（4-1）中得到管内壁的温度分布为：

22

1()()()ln 168wi wo d t x t x D d D ∙∙=+-+ΦΦ

实验段内内壁面上的局部对流换热系数可以根据牛顿冷却公式计算得到：

()()

w x wi f q h t x t x =- 式中，x h 为局部对流换热系数，()wi t x 、()f t x 为截面上实验段内壁面的局部温度和流体截面的平均温度，w q 为实验段内壁面的热流密度。

参 考 文 献

【1】Jiang P X,Xu Y J,Shi R F,He S.Experimental and numerical investigation of convection heat transfer of 2CO at supercritical pressure in a mini-tube[C]. Proceedings of 2nd International Conference on Micro and Mini Channels. New York: ASME, 2004:333-340.

【2】杨世铭 陶文铨，传热学 高等教育出版社。

【3】徐轶君，姜培学，张宇，等。竖直圆管中超临界2CO 在低雷诺数下对流换热的实验研究与数值模拟。工程物理学报，2005,26

（3）:468-470