含内热源多孔介质的局部换热特性实验研究图文精文档格式.docx
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1引言
多孑L介质中的流动和换热过程复杂,是不同学
科和技术领域长期的研究热点。
已有的一些研究表
明,在以水作为流动介质的流道中充填金属或非金
属颗粒之后,换热系数提高≯lO倍以上[I-31;
以空
气作为流动介质时,换热系数提高3--30倍左右【4’51。
然而,这些研究多集中于多孔骨架未发热的情况,
‘对于地下铀矿的开采、核反应堆堆芯元件的设计与
安全运行、核燃料的安全存放、农作物的储存、煤
的堆放与自燃以及火药和炮弹的安全存放等多孔骨
架作为内热源的多孑L介质中的流动换热的研究较
‘少,而且主要集中在理论和数侄莹计算[6叫方面,实验研究鲜有报道。
本文建立了含内热源的多孔介质模型,以水作为流动介质,流道内填满金属颗粒球,作为内热源的金属球内镶嵌电阻丝,通过实验研究流速和金属球壁面温度等因素对含内热源多孔介质局部换热特性的影响规律。
2实验
实验系统组成见图l。
实验回路主要由主泵、流量调节支路、供水系统、预热器、流量计、实验段、换热器和稳压器等主要设备及管道、阀门等附件构
收稿日期:
2006-11・15;
修回日期:
2007・12-05
基金项目:
国家自然科学基金资助项R(50476049
咱沪测温点-(争测压点母气动调节阀
—}孔板一调节阀p安全唐对电—幽一截止阀+过滤器_仁=}文丘里流量计冉电磁阀
图1实验系统流程图
Fig.1SchematicDiagramofExperimentSystem成。
回路设计压力2.5MPa、设计温度200℃,流量范围100~900kg/h。
流量、压力和温度测量信号接到IMP测量模块并进入计算机采集系统。
实验段进出口流体温度采用I级中1.0T型铠装热电偶进行测量。
流量测量采用文丘里流量计。
实验段为内径160mln的不锈钢管;
管内填
58
核动力工程Vbl.、29.No.1.2008
充直径31.75mm的金属球;
球之间呈正三角形排列,沿工质流动方向共填充18层。
其中,在第4层、第lO层和第16层的中问位置各布置一个内部发热金属球,其余均为不发热金属球。
为了消除边壁效应对换热的影响,靠近边壁处的金属球被加工成不同尺寸的半球,与相邻的金属球及实验段内表面以切面紧密接触(图2。
{滚翁.蜒勘/
图2管内金属球分布示意图
Fig.2SchematicDiagramofMetalSpheric
DislributionintheTube
l——引线管;
2_—-半金属球;
卜—-不发热金属球;
4_——金属管;
卜——发热金属球
在发热金属球内镶嵌电阻丝,电阻丝的最大功率350W。
使用交流电源对电阻丝进行加热,加热功率通过调压器进行调节;
球壁温度通过嵌于壁面的4支0.8mill的N型热电偶进行测量,热电偶在同—平面上呈900分布,电阻丝导线和热电偶引线通过—个金属管一并引出实验段。
3实验结果与讨论
3.1定义
实验中采用消除边壁效应影响的设计,金属球堆积层的孔隙率s为31%。
实验中以金属球的直径磊作为数据处理的特征尺寸,发热球壁面温度取4个壁面温度测量值的平均值,冷却水的特性温度取实验段进出口处的平均温度。
实验段进口处未填充金属球区域流动介质的流速定义为:
“m=石G(1式中,‰为实验段金属管内未填充金属球区域水的流速,m/s;
G为进入实验段内水的质量流速,kg/s;
P为密度,kg/m3;
S为实验段金属管截面积,in2。
金属球孑L隙中的平均流速定义为:
Ⅳin
U=一
S式中,U为金属球孑L隙中的平均流速,m/s。
实验段金属管内充填层流体流动的雷诺数定义为:
豫=丽19ui习ndp(3式中,∥为动力粘度,Pa・s;
Rep为管内充填层中的雷诺数。
冷却水流过发热球壁面所发生的热量传递由牛顿冷却公式计算。
即:
口:
上:
tw—tf
q=优缸=a(t。
一tf(4出研1
1w—te
U/
4万㈤(业学监一半]
(5式中,g为表面热流密度,w/m2;
伉为换热系数,W/(m2・℃;
Tw为发热球壁面平均温度,℃;
露为流体平均温度,℃;
U为电压,V;
为电流,A;
ol、如、tw3、‰分别为发热球壁面不同位置的温度,oC;
fnn、tfom分别为流体进出口温度,℃。
3.2压力对换热特性的影响
通过实验,得到了不同压力下发热球的换热系数(图3。
由图3可知,在本实验范围内,压力对发热球的换热系数没有影响。
三一
p
H●
县
●
乏
岂
Rep
图3系统压力对换热系数的影响(水进口
温度50℃,发热球加热功率300w
Fig3EffectofSystemPressureonCoefficientofHeatTransferasCoolantInletTemperatureis50℃andHeatedSphericPoweris300W
。
3.3加热功率对换热特性的影响
一由图4可知,发热球的加热功率为100W时,
咎元峰等:
含内热源多孔介质的局部换热特性实验研究59
三’
≯
n
E
一
≥
●、
8
R%
图4发热球加热功率对换热系数的影响(冷却剂
进口温度50℃,压力0.5MPa
Fig.4EffectofHeatedSphericPoweronCoefficientofHeatTransferasCoolantInletTemperature
is50℃andSystemPressureis0.5_lVl_Pa
其表面换热系数较50w时没有明显增加;
发热功率为300W时,与功率50w和100W相比,换热系数最大增幅约为20%,最小增幅约100/0。
这主要是由于当加热功率较高时,发热球表面温度提高,使冷却剂主流区与发热球周围流体的密度和粘度等物性变化加大,因此,发生了较强的横向自然对流,导致了自然对流与强制对流的耦合作用加强。
3.4冷却剂进口温度对换热特性的影响
由图5可知,随着冷却剂进口温度的增加,发热球表面的换热系数呈下降趋势。
初步分析认为,这是由于含内热源多孑L介质内流体的动量传递、热量传递均较高温水剧烈,最终导致高温水的换热能力低于低温水。
该现象还有待于用更多的实验加以验证。
k
家长调查问卷
尊敬的家长同志:
您好,我们想培养学生良好的作业习惯,认真的态度,科学的方法才能保障学业上优异成绩,我们希望既减轻学生的作业负担,又能发展学生的兴趣,提高学生的综合能力能力。
请您如实填写下面的表。
谢谢您的参与!
一、完成作业方面:
1、有良好的做家庭作业习惯吗?
(
A、有B、没有
2、你孩子放学到家有主动作业的习惯吗?
(
A、有B、没有C、偶尔有
3、您孩子每天做作业所花的时间:
A、半小时内B、1小时以内C、1小时以上D、常做到很晚4、您的孩子每天的读书时间(除作业以外是多少?
(A、30分钟以内B、30-60分钟
C、60分钟以上D、从来不读书
5、老师布置的家庭作业能按时完成吗?
A、能B、有时能C、不能
6、家庭作业态度?
、有良好的做家庭作业习惯吗?
(A、有B、没有
7、你的孩子是否有作业要求记录?
A、有B、没有C、有时有
8、您知道除书面作业外还有其他的固定家庭作业吗?
(A、知道B、不知道
9、你的孩子是否只做书面作业,而忽略口头作业?
(A、是B、否
10、你的孩子每次做家作是否先复习后作业?
A、是B、否
11、你的孩子是否有预习的习惯?
12、你的孩子能否有条理的收拾他的书包,文具用品。
(A、每天都能B、有时能C、从来不行,东西很乱
D、家长代劳
13、您的孩子能自己检查作业吗?
A、每天都能B、有时能C、从来不行
14、您的孩子能及时改正作业上的错误吗?
A、能B、有时能C、从来不能
二、家庭配合情况:
15、孩子在家里做作业时,您一般都在做什么?
(A、陪着,不干扰B、在旁边看电视
C、做自己的事D、一般不在家
16、您怎样对待孩子的家庭作业?
A、督促孩子做,自己不检查B、让其自己做,天天负责检查C、有空就检查,没空就不检查D、过问一下E、来不过问
17、当孩子作业遇到难题,你经常采取何种方法帮助他的?
(A、告诉答案B、耐心讲解C、启发思考
18、发现孩子不做作业后,您的做法是:
A、帮助分析原因,制定措施B、训斥一顿
C、主动联系老师,积极处理D、督促补上,然后就不问了(E、不闻不问(
三、教师作业布置方面:
19、你觉得哪种作业类型对孩子比较适合,有利于孩子的发展?
多选(
A、抄写类B、阅读类C、思维类D、挑战类
核动力工程Vbl.29.No.1.2008
范围内,当(tw—ff>
30℃时,门为0.15。
利用公式(6,得到换热系数a的计算值。
与实验测试值相比,其偏差在10%以内(图7。
4结论
通过具有内热源的多孑L介质换热特|生实验,得到以下结论:
(1压力对换热系数没有影响。
(2发热球加热功率高时,由于物性场的不均匀性加剧,横向自然对流增强,导致换热系数增加;
加热功率低时,加热功率对换热系数没有明显影响。
(2随着冷却剂进口温度的增加,换热系数呈下降的趋势。
(3球层人口区存在人口效应,但入口效应的影响区域远小于管内流动区域。
(4获得了具有内热源多孔结构多孔介质的局部换热系数幂指数形式的无量纲准则关联式,根据该式得出的换热系数计算值与实验值的误差在±
10%以内。
参考文献:
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ExperimentalStudyonLocalHeatTransferCharaCteristiCsofPorousMediawithlnternalHeatSource
ZANYuan—feng,WANGTao-tao,XIAOZe-jun,WANGFei,HUANGYan—ping
J
(NationalKeyLaboratoryofBubblePhysicsandNaturalCirculation,NuclearPowerInstituteofChina,Chengdu,610041.China
Abstract:
ModelofporousmediawithinternalheatsourceiSestablished.Themodel
useswaterasflow.ingmedia,andthestainlesssteeltestsectioniSpackedwithsteelspheresinmannerofregulartriangle。
re.spectively.ThearmouredresistancewireiSinsertedinsidethesteelsphere.Onthebasisoftheexperimentalmodel。
many’parametersofthelOCalheattransfercharacteristiesincludingcurrentvelocityandwalltempera.tureofsteelspherearemeasured.Theexperimentalresultsshowthatthecoe伍cientofheattransferscarcelychangeswithpressure.Thetoemcientofheattransferincreaseswiththesurfaceheatfluxofsteelsphere—Whellraisingtheinlettemperatureofthecoolingwater,thecoemcientofheattransferpresentsthedescend-ingtrend.Inaddition.theinfluenceof
entranceeffectonheattransferiSdiscoveredintheexperiment,whichiSmuchlessthantheliquidflowinthelighttube.Afterexperimentdataareanalyzedandprocessed.therela-tionmodelofheattransferonlOCalheattransfercharacteristicofporousmediawithinternalheatsourceWasdescribedwithapower-law-equation.Thedeviationsbetweencalculationandexpedmentalvaluesarewit}lin士10%.
KeyWOrds:
Intemalheatsource,Porousmedia.Heattransfercharacteristics
(下转第65页
杨静等:
几种钎料对钛合金/不锈钢钎焊接头的钎缝强度与界面的影响65
冶金结合。
(2本文使用的几种银基钎料制备的钎焊接
头,其钎焊缝强度最大达到280MPa,如要提高
钎焊接头的强度,应在钎焊结构上采取措施。
【1】KwonSangChul,KimSungHo,KimYongWan,eta1.
BrazingTechnologyofTiAlloy/StainlessSteelDissimi-
larMetalJointatSystemIntegratedModularAdvance。
dreactor[R.KAERI/AR・58912001(KAE-IAR589200I.【2】张启运,庄鸿寿主编.钎焊手册【M】.北京:
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EffectofSeveralFillersonBrazingMetalStrengthand
InterfaceofTitaniumAlloyandStainless
SteelBrazingJoint
YANGJing,LAIXu-ping,ZHUChang-gui,ZHUJin-xia,
LIUXiao.rong.YANGJun
‘●
(NationalKeyLaboratoryforNuclearFuel&
Materials,NuclearPowerInstituteofChina,Chengdu,610041,China
Fourkindsofsilverbasebrazingmaterialswereadoptedforfabricatingbrazingjointsoftim-niumalloyandstainlesssteel.Themechanicalpropertiesofbrazingmetalatcontactfacewasmeasuredandthefracturemorphologyandstructureofinterfacewerestudiedbymechanicaltest,metallographicexamina-don.SEManalysisandelectronprobinganalysis.Theresultshowsthatthestrengthofbrazingmetalatstainlesssteel/A995CuLi/Titaniumalloywas220MPa,242MPaatstainlesssteel/A988Al10MnSi/Titaniumalloy,123M【Paatstainlesssteel/A985A18Sn/Titaniumalloy,and280MPaatstainlesssteel/A985A18SnNi/Titaniumalloy.Thefragilephasewaseasyformedinthediffusionpartofstainlesssteel/A995CuLi,andcrackinginthestainlesssteel/A988All
0MnSi.AndthereiSawonderfulcoalescenceonmetallurgybetweenthebrazingmaterialsandtitaniumalloyorstainlesssteel.
Brazingfiller,Jointintensity,Structureofinterface
作者简介:
杨静(1967—,男,研究员。
1989年毕业于山东大学功能材料专业。
现从事核材料研究。
赖旭平(1980一,男,2002年毕业于哈尔滨工程大学。
现从事反应堆工程科研管理工作。
朱常桂(1950.-,男,研究员。
1976年毕业于清华大学核化工专业。
现从事核燃料及材料研究。
(责任编辑:
张明军
(上接第60页
昝元峰(1970一,男,副研究员。
2004年毕业于西安交通大学动力工程及工程热物理专业,获硕士学位。
现主要从事气.液嚼相流、反应堆热工水力与安全、超临界流体技术和环境保护等方面的研究工作,在国内外期刊杂志上发表有关论文lO余篇,获专利两项。
‘王涛涛(1981一,男,助理工程师。
2002年毕业于西安交通大学核工程专业,获学士学位。
现主要从事反应堆工程管理工作。
肖泽军(1967一,男,研究员。
2004年毕业于西安交通大学反应堆工程专业,获博士学位。
现主要从事反应堆安全传热及两相流方面的研究。
尚作燕
含内热源多孔介质的局部换热特性实验研究作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期:
被引用次数:
昝元峰,王涛涛,肖泽军,王飞,黄彦平,ZANYuan-feng,WANGTao-tao,XIAOZe-jun,WANGFei,HUANGYan-ping中国核动力研究设计
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- 热源 多孔 介质 局部 特性 实验 研究 图文