关于超临界氢在粗糙U形通道中传热特性的研究

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Research on heat transfer characteristics of supercritical hydrogen in rough U-shaped channels

氢冷却U形管传热性能与机制研究：采用RNG k-ε模型分析粗糙度、热质比和水力半径对超临界氢传热的影响，揭示离心力通过改变曲率区热梯度显著提升传热效率，建立±20%误差关联式。

　　

摘要

为了研究氢气作为冷却剂在热交换器中的冷却性能和机制，采用了RNG k-ε湍流模型来模拟超临界氢气在U形管内的传热特性。分析了热质比、水力半径和表面粗糙度等因素对流动和传热特性的影响。重点探讨了表面粗糙度如何增强传热的机制，并建立了一个新的传热关联方程。结果表明，在冷却条件下，对于垂直的U形管，增加表面粗糙度或减小热质比和水力半径可以显著提高传热效率。与增加质量流量相比，降低热流密度（从而减小热质比）可以使传热系数提高约3倍，并且出口处的传热衰减更小。无量纲数分析表明，在氢气流动过程中，浮力和流动加速效应对传热的影响可以忽略不计。然而，离心力会改变周向的热性质梯度，从而有效增强弯曲部分的传热效果。最后，基于表面粗糙度提出的传热关联方程的预测精度偏差为±20%，适用于预测超临界氢气的传热情况。