对于超临界工质传热特性的研究,前人己进行了大量工作,但目前仍不能精确地预测其传热膜系数并应用到实际设计中去。由于超临界流体的传热机理非常复杂,不同工况之间,即使初始压力和热流密度的差别不大,其对流换热也可能有很大差异。 本文的主要工作和结论如下: (1) 自行设计了一套为超临界条件下二氧化碳在密闭竖直细管管内的传热试验装置。该系统可在较高参数范围内进行超临界流体的传热特性试验。它主要由输送、过滤、加热、测试和数据采集等系统组成。二氧化碳通过过滤器进入系统,用截止阀控制系统的压力来达到试验需求,利用加热带对密闭竖直管加热段进行加热,达到热平衡后再通过数据采集模块将数据传输给计算机,经过计算程序处理,得到超临界二氧化碳自然对流传热特性试验的相关数据。 (2) 利用此试验装置系统,对超临界流体二氧化碳的传热特性进行了实验研究。研究了初始压力、热流密度等对传热膜系数和努塞尔特数的影响。实验结果表明,超临界条件下二氧化碳的初始压力和热流密度对对流换热有很大的影响。当初始压力比较大而热流密度比较低时,传热系数和努塞尔特数的变化相对较弱;而当初始压力比较小而热流密度比较高时,传热系数和努塞尔特数的变化相当剧烈。传热膜系数α及努塞尔特数Nu随流体温度的增加迅速上升,当达到峰值后,又随温度的增加而下降。在流体的温度达到临界温度点时,传热膜系数α及努塞尔特数Nu达到峰值。在本试验中,当流体二氧化碳的温度等于31℃,加热功率为50.91W,即热流密度为4.05KW/m~2时,其冷却段的传热膜系数最大可以达到6421.3W/(m~2k)。 (3) 对超临界状态下的流体二氧化碳进行冰敷急冷试验研究,发现加热段、冷却段表面的各测温点温度在冰敷急冷的一瞬间其温度相应迅速,并开始下降。各测温点温度同时到达温度最低点。加热段和冷却段各测温点温度曲线下降趋势基本类似。