【摘 要】
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周向非均匀热流边界条件下的圆管内对流换热问题，在换热设备中广泛存在，如聚光式太阳能热发电系统的吸热器和常规火电站、核电站使用的大型锅炉等。周向非均匀受热，常常导致换热
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周向非均匀热流边界条件下的圆管内对流换热问题，在换热设备中广泛存在，如聚光式太阳能热发电系统的吸热器和常规火电站、核电站使用的大型锅炉等。周向非均匀受热，常常导致换热设备面临工质过热，材料烧蚀、蠕变，结构疲劳破坏等一系列问题，熔融盐等换热工质的物性随温度发生变化使得上述问题愈加复杂。到目前为止，工程技术领域对解决该问题还缺乏便捷准确的方法。
本文即围绕熔融盐工质在太阳能高温热发电系统中运用时遇到的热流非均匀和工质变物性的核心问题，采用理论分析、实验测试与数值计算的方法展开研究，提出了在周向非均匀热边界条件下，常物性和变物性的流体工质在圆管内层流和湍流状态下的对流换热规律。其中，利用解析法求解了层流状态下，周向非均匀受热时圆管内对流换热规律。得到了换热管内壁面与流体之间的局部换热温差△twi(θ)的表达式及局部Nu(θ)的计算表达式。研究结果显示，在加热量相同的情况下，换热管周向非均匀受热时的最大局部换热温差△twi(0)是周向均匀受热时的3.54倍，显示了周向非均匀热流对换热管温度分布的重大影响。通过设计和搭建实验台，用实验方法分析了周向非均匀热流边界条件下，换热管壁面温度分布特点，并与周向均匀热流边界条件下的温度分布做了对比分析，显示出了巨大差异。用数值模拟的方法分析总结了该种特殊热流边界条件下的湍流换热规律，提出了湍流状态下，换热管内壁面与流体之间的局部换热温差△twi(θ)的表达式及局部Nu(θ)的计算表达式，并与4个工况下的实验测量结果做了对比验证，相对误差小于8％。最后，考虑熔融赫物性变化因素影响，通过物性修正，提出了针对熔融盐工质在周向非均匀受热圆管内对流换热的局部换热温差△twi(θ)的表达式及局部Nu(θ)的计算表达式。并在特定工况下，对修正公式与经典公式计算结果进行了对比分析。结果显示，本文公式在解决周向非均匀热流边界条件下的圆管内对流换热问题时，具有更强的针对性和更好的适应能力。
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