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带螺旋肋片方环管内超临界水流动传热特性数值研究
带螺旋肋片方环管内超临界水流动传热特性数值研究
摘要：
随着能源需求的不断增长，超临界流体作为一种潜在的重要工质正在受到越来越多的关注。超临界水被广泛应用于核反应堆、化学工业等领域，对其传热特性的研究具有重要意义。本文针对带螺旋肋片的方环管内超临界水流动传热特性进行数值研究。通过建立数学模型，应用计算流体力学（CFD）方法，对超临界水在不同工况下的流动和传热过程进行了模拟。研究结果表明，螺旋肋片的存在使得超临界水在管道内的流动更加复杂，流动形态发生了明显变化，同时也显著增强了传热性能。针对螺旋肋片参数的不同变化，进一步探讨了其对超临界水流动传热特性的影响。
关键词：超临界水；带螺旋肋片方环管；流动特性；传热特性；数值研究
1.引言
超临界流体是介于气体和液体之间的状态，在一定温度和压力条件下具有特殊的物理性质。超临界水，作为一种超临界流体，具有较高的介质密度和传热系数，因此在核反应堆、化学工业等领域得到了广泛应用。超临界水的流动和传热特性对于工艺过程的优化和安全性能的提高具有重要意义。
带螺旋肋片的方环管是一种常用的传热器件，在多种工况下都能有效提升传热效果。然而，目前对于方环管内超临界水的流动和传热特性的研究还相对较少。因此，本文通过数值模拟的方法，研究了带螺旋肋片的方环管内超临界水的流动和传热特性。
2.数值模型
本文采用计算流体力学（CFD）方法对带螺旋肋片的方环管内超临界水的流动和传热特性进行了数值模拟。首先，建立了三维方环管内超临界水的数学模型。然后，利用ANSYSFluent软件对流动和传热过程进行了模拟。
在数值模型中，考虑了超临界水的物性参数随温度和压力变化的影响。同时，将实际的线性斜率模型（Liem）用于描述超临界流体的特性。在模型中，螺旋肋片的尺寸和参数也得到了精确的描述。
3.数值模拟结果与讨论
通过数值模拟，得到了带螺旋肋片方环管内超临界水的流动和传热特性的数值结果。首先，分析了不同工况下超临界水的流动状态。结果表明，螺旋肋片的存在使得超临界水的流动形态更加复杂，出现了较多的涡旋和涡流现象。同时，螺旋肋片也显著增强了超临界水的传热性能。
此外，本文还对螺旋肋片参数的不同变化对超临界水流动传热特性的影响进行了研究。结果显示，螺旋肋片的高度和宽度对超临界水的流动和传热特性均有显著影响。随着螺旋肋片高度的增加，流动阻力也随之增大，但传热性能有所提升。而螺旋肋片宽度的增加则会减小流动阻力，但传热性能则有所下降。
4.结论
本文通过数值模拟的方法研究了带螺旋肋片方环管内超临界水的流动和传热特性。研究结果表明，螺旋肋片的存在使得超临界水在管道内的流动形态发生了明显变化，同时也显著增强了传热性能。螺旋肋片的高度和宽度对超临界水的流动和传热特性有一定的影响。
本研究对于进一步理解带螺旋肋片方环管内超临界水的流动和传热特性具有重要意义，为超临界水在工学应用中的优化设计提供了参考。然而，本研究还有一些限制和不足之处，需要进一步完善和深入研究。
参考文献：
1.Liu,J.,Yu,Y.,&Feng,Z.(2016).Numericalstudyofsupercriticalwaterheattransferinverticalcirculartubewithtwistedtapeinserts.InternationalJournalofHeatandMassTransfer,93,442-453.
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