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1、申請(qǐng)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文微通道內(nèi)超臨界氮的流動(dòng)與傳熱特性研究碩士研究生：黃禹指導(dǎo)教師：張鵬教授博士上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院制冷與低溫工程研究所2010年2月DissertationSubmittedForMasterDegreeFlowandheattransfercharacteristicsofsupercriticalnitrogeninmini-tubesByMasterCandidate:HuangYuAdvisedbyProf.Dr.ZhangPengInstituteofRefrig
2、eration&CryogenicsSchoolofMechanical&PowerEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityFebruary,2010上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要微通道內(nèi)超臨界氮的流動(dòng)與傳熱特性研究摘要超臨界流體由于其在超臨界狀態(tài)時(shí)具有特殊的流動(dòng)與傳熱性能，被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力工程、化學(xué)工程、超導(dǎo)體冷卻、航天技術(shù)等高新技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)超臨界流體換熱的研究,受到越來(lái)越多的重視。目前國(guó)內(nèi)外研究超臨界流體主要集中于CO2和水，關(guān)于超臨界氮的研究很少，本文首先分析總結(jié)了前人
3、關(guān)于超臨界流體在管內(nèi)流動(dòng)與換熱的研究，由于超臨界氮研究的重要性，設(shè)計(jì)并搭建了研究超臨界氮流動(dòng)與傳熱特性的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，介紹了實(shí)驗(yàn)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理方法以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不確定度分析，從而保證測(cè)量和推導(dǎo)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。在實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)度為220mm，內(nèi)徑為2mm的豎直細(xì)圓管內(nèi)進(jìn)行了向上流動(dòng)的超臨界對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)，討論了不同的熱流密度、質(zhì)量流量和進(jìn)口溫度對(duì)壁面溫度分布以及壓降的影響，并用浮升力和熱加速準(zhǔn)則解釋了其中的一些熱流體現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)壁面溫度振蕩現(xiàn)象，解釋了該現(xiàn)象發(fā)生的原因，并討論了熱流密度和質(zhì)量流量對(duì)振蕩的影響。將實(shí)
4、驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，分析了經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)Nu數(shù)和摩擦因子f的適用性。并針對(duì)實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，預(yù)測(cè)了沿程局部溫度分布和壓降，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到了較好的吻合程度，還計(jì)算了不同工況條件下管內(nèi)流體的速度分布，分析了變物性和浮升力對(duì)管內(nèi)流體速度分布的影響，并且解釋了相關(guān)的換熱系數(shù)和壓降變化。通過(guò)與
其他文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)的比較，標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型和SST模型以及不同壁面率
y+對(duì)計(jì)算結(jié)果有很大的影響，數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)于預(yù)測(cè)壁面溫度分布和壓降有一定的適用性。最后討論分析了目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于螺旋管的研究狀況
5、，總結(jié)了螺旋管的流動(dòng)與傳熱特性，在前面細(xì)圓管內(nèi)超臨界氮流動(dòng)與換熱數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)螺旋管實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行了三維數(shù)值計(jì)算，考察了螺旋管內(nèi)溫度分布、截面速度分布以及沿程平均換熱系數(shù)的變化。關(guān)鍵詞：微通道，液氮，超臨界，傳熱，浮升力，數(shù)值計(jì)算I上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractFLOWANDHEATTRANSFERCHARACTERISTICSOFSUPERCRITICALNITROGENINMINI-TUBESABSTRACTFluidswiththestatenearthecriticalpoints-su
6、percriticalfluidsshowmanytremendouslystrangecharacteristics,suchassingularitiesincompressibilityandviscosity,diminishingdifferenceinvaporandliquidphasesandsoonwhichhaveattractedalotofinvestigationsbothexperimentallyandtheoreticallyforfundamentalresearch.Th
7、ealready-existedresultsfortheflowandheattransfercharacteristicsaremostlyfortheroom-temperaturefluids,andthoseforcryogenicfluids,e.g,nitrogenandhelium,arerarelyfound.Firstly,summarizedandanalyzedtheflowandheattransfercharacteristicsoftheformerliteratures,an
8、dthendesignedtheexperimentalsetup,aswellasillustratedthedetails.Inthepresentstudy,experimentalinvestigationsoftheheattransferandfluidflowcharacteristicsofsupercriticalnitrogeninamini-tubeof2mmindiameterand220
