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螺旋管结构对超临界甲烷换热特性的影响分析

论文作者李选平1、2，郑文科1、2，田中允1、2，姜益强1、2，孙澄1、2杂志期数2023年9月刊
关键词超临界甲烷；数值模拟；螺旋管；流动换热特性；表面传热系数
作者单位（1.哈尔滨工业大学建筑学院，黑龙江哈尔滨150001；2.寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室，黑龙江哈尔滨150090）
采用数值模拟方法，对螺旋管结构参数（螺旋管内直径、螺旋直径及螺旋升角）对超临界甲烷在螺旋管内流动换热特性的影响进行研究。通过螺旋管内表面传热系数及比摩擦压力降表征管内流动换热性能，对螺旋管出口横截面的流速与温度分布进行分析。结果表明：螺旋直径及螺旋升角相同时，随着螺旋管内直径减小，表面传热系数达到峰值时的入口温度及峰值、比摩擦压力降均增大。螺旋直径及螺旋升角相同时，随着螺旋管内直径增大，出口横截面的平均流速逐渐增大，管道内的高温流体所占横截面面积越大且越贴近壁面，且横截面最高温度增大。螺旋管内直径及螺旋升角相同时，随着螺旋直径增大，管内表面传热系数峰值小幅度降低，不同入口温度范围表面传热系数与螺旋直径呈现不同变化规律。此外，比摩擦压力降随着螺旋直径增大而逐渐降低。螺旋管内直径及螺旋升角相同时，随着螺旋直径减小，出口横截面流速增大且横截面流速的分层现象越明显。随着螺旋直径增大，管内高温流体所占横截面面积逐渐减少且逐渐远离壁面，同时横截面温差降低。螺旋升角对超临界甲烷在螺旋管内的流动换热性能影响较小。
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