微小尺度通道内超临界甲烷传热特性研究

研究微小尺度通道内超临界甲烷的传热特性对于碳氢燃料预冷器精细化设计具有重要意义。本文利用实验方法探究了热流密度、质量流量以及系统压力等边界条件对微细圆管内超临界甲烷传热特性的影响规律,并结合数值方法分析了跨临界传热强化的主要原因。结果表明:在实验工况范围内,当超临界甲烷温度接近拟临界温度时均产生了不同程度的传热强化现象,且质量流量和系统压力变化对换热系数峰值的影响更大。传热强化产生的原因主要有两点,一是在拟临界点附近较大的径向密度梯度导致了浮升力的产生,进而在浮升力和重力的共同作用下生成二次流,增强了流体掺混;二是此处的超临界甲烷定压比热急剧增加,增强了自身的载热能力。最终,根据实验结果提出了适用于微细圆管内超临界甲烷对流换热预测的经验关联式,以期为碳氢燃料预冷器精细化设计提供模型依据。     

粘性耗散对微管内部液体温升影响的实验研究

以去离子水为工质,流经内径分别为19.6μm和44.2μm石英管,实验研究了粘性耗散对微管内部流动的影响。采用微区热成像技术,使用红外成像仪加特种放大镜头测量了微管内部由于粘性耗散导致的温升ΔT,同时测量到相应的压降与流量,从而获得摩擦因子f、ΔT及雷诺数Re的关系。研究表明,在低Re数下,f的值与Hagen-Poiseuille理论预测值几乎一致;随着Re数的增大,工质与微管为壁面之间高的速度梯度引起粘性耗散导致工质温升,进而使得f的实验值增加。f的实验值与Hagen-Poiseuille理论预测的最大偏差达到15%~20%。