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第 1 8 卷第 1 期石油化工高等学校学报 Vol . 1 8 No . 1
2005 年 3 月 JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNIVERSITIES Mar. 2005
文章编号:1006 - 396X(2005) 01 - 0032 - 04
超临界二氧化碳在密闭竖直细管内传热试验
侯光武1 , 丁信伟1 , 陈彦泽1 ,2 , 郑小平1
(1. 大连理工大学化工学院,辽宁大连 116012 ; 2. 石油大学机电工程学院,山东东营 257062)
摘要: 超临界流体技术是新兴的化工技术之一,传热是其工程应用研究的重要方向。以二氧化碳作为超临
界流体的代表,通过试验得到密闭竖直细管内二氧化碳在超临界状态下自然对流的传热特性。探索了试验段管径、
加热段加热功率不变,试验工质在不同压力的条件下的传热特性。研究表明:竖直密闭细管内的超临界流体二氧化
碳的传热方式以自然对流为主。加热试验段,当试验段壁温升高到超临界温度以上,密闭空间内超临界状态的二氧
化碳在稳定操作条件下,通常会发生“脉动”传热现象。试验段充入二氧化碳后,加热段的测温点温度降低 3 ℃,而在
冷凝段测温点温度却提升了近 6 ℃,各测温点间温度差减小,即试验段的温差呈现“展平”现象。说明在超临界压力
下,二氧化碳的传热性能好于常规状态。
关键词: 二氧化碳; 超临界流体; 传热; 试验研究
中图分类号: TK124 文献标识码: A
由于超临界压力直流锅炉等工业的发展,从 20 和压力变化就能导致其特性的改变。
世纪 60 年代至今,国际上就对超临界条件下流体在表 1 气体、液体和超临界流体性质比较
管内强制对流传热进行了大量的试验研究。以往的 Table parison of properties of gas ,liquid and
supercritical carbon dioxide
试验采用的工质多种多样,大多数都是水、二氧化
碳、液氧、液氢和多组分烃类等物质[1 - 6 ] 。文献[ 7 ] 密度/ 粘度/ 扩散系数/
流体
中报道了单组分和多组分有机工质在超临界压力下(kg·m - 3) (Pa·s) (m2·s - 1)
- 5 - 5
的传热强化现象。本文将研究密闭竖直细管内 CO2 气体 1 10 10
在超临界条件下的传热特性。- 4 - 7
超临界流体 200~700 10 10
超临界流体是指温度和压力均处于临界温度及
液体 1 000 10 - 3 5 × 10 - 10
临界压力以上的流体,其物理和化学性质介于液体
和气体之间。常用的 CO2 流体临界温度为 31 ℃,临
界压力为 7. 38 MPa 。超临界流体特点主要如下:
(1) 密度与液体相近,比一般气体大 2 个数量 1 试验装置和方法
级,且临界点附近温度和压力发生微小的变化时,其试验是在自行设计的试验装置上进行的,试验
密度就会发生显著的变化。密度增大,溶质的溶解系统如图 1 所示。试验工质为纯 CO2 ,试验段为 32
度就增大,有利于溶质的相转移。 mm × 3. 5 mm 的 1Cr18Ni9Ti 不锈钢管,总长为 440
(2) 粘