熔盐管内强化传热实验研究
樊奇伟
学位类型硕士
导师朱志远
2017
学位授予单位中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
关键词钍基熔盐堆 强化传热 横纹管 翅片管 威尔逊分离法 湍流
摘要随着人口的增长和经济社会的发展,对能源需求的不断增长,核能作为一种清洁能源,正受到越来越多的关注。相比于化石燃料能源,核能具有以下优点:(1)能量密度大;(2)安全性强;(3)不释放有害气体,污染小。中国科学院上海应用物理研究所承担的钍基熔盐堆(TMSR)先导专项,研发基于钍燃料的第四代核反应堆。熔盐堆具有独特的经济性和固有安全性等优点,选用熔盐(FLiBe)做为冷却剂,利用布雷顿循环最终实现热能的综合利用,具有良好的应用前景。钍基熔盐堆系统中,热交换器作为连接第一、二回路主要设备,是能量传递中不可缺少的工艺设备。采用有效的强化传热技术,提高热交换器的效率,能有效的减少热交换器的尺寸。本论文利用熔盐与导热油的对流传热实验装置,采用实验研究的方法,研究了熔盐在强化换热管内的对流传热特性。本论文的主要内容包括两个方面:1.横纹管对流传热特性实验研究;2.翅片管对流传热特性实验研究。基于熔盐与导热油的对流传热实验装置,本论文首先对熔盐横纹管湍流区的传热特性进行了实验研究,实验中,熔盐的雷诺数Re从10000到80000,普朗特数Pr从10到20,利用威尔逊分离法得到HTS熔盐的努赛尔数Nu。基于实验数据与HTS熔盐在光滑圆管内的对流传热关联式,我们拟合熔盐在横纹管湍流区的对流传热关联式,实验数据与拟合公式的误差在-11%和+11%之间。利用Nu/Nus方法进行强化传热效果评估,结果表明横纹管的强化传热效果为光滑管的1.14倍。其次,本论文对熔盐在翅片管管内湍流的传热特性进行了实验研究。熔盐的雷诺数Re变化范围10000-80000,普朗特数Pr范围10-20,通过威尔逊分离法获得熔盐在翅片管管内内充分发展湍流区对流传热系数sh和管内熔盐的努赛尔数Nu,基于实验数据拟合熔盐湍流区的对流传热关联式,实验数据与拟合公式的误差在-11%和+10%之间。为分析熔盐在管内的对流传热特性,将实验数据与熔盐在光滑圆管内对流传热关联式进行对比,结果表明,翅片管管外的翅片对管内熔盐没有起到强化传热的作用。为了研究翅片管的强化传热效应,本论文应用相似原理,通过导热油代替熔盐开展了翅片换热管湍流区的对流传热特性实验研究。雷诺数Re变化范围10000-60000,通过威尔逊分离法获得在翅片管充分发展湍流区对流传热系数oh和努赛尔数Nu,基于实验数据与Dittus-Boelter公式拟合翅片管湍流区的对流传热关联式,实验数据与拟合公式的误差在-7.1%和+7.5%之间。与传统对流传热关联式Dittus-Boelter公式对比,分析表明,翅片管的强化传热效果为光滑管的2.32-3.63倍。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/27511
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
樊奇伟. 熔盐管内强化传热实验研究[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2017.
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