热能动力工程

作者：徐伟峰,彭浩,田镇,赵博,沈卫立

单位：热带海洋工程材料及评价全国重点实验室,,热带海洋工程材料及评价全国重点实验室,,上海海事大学 商船学院,,杭州沈氏节能科技股份有限公司,,杭州沈氏节能科技股份有限公司,

关键词：液氢;气化器;流动沸腾换热;印刷电路板式换热器

基金：海南省科技专项；海南省自然科学基金

车载、船载及机载氢能动力系统对高效紧凑型液氢气化装备需求迫切。印刷电路板式换热器（PCHE）凭借结构紧凑、耐低温等优势可满足移动载具的空间约束与动态响应要求，但其内部液氢流动沸腾过程中相态演化规律与传热特性尚不明确，无法为紧凑式液氢气化器的设计优化提供依据。为此，本文建立了双通道逆流PCHE三维流动沸腾换热模型，数值研究了深低温工况下液氢流动沸腾传热特性。液氢入口温度为20 K，出口压力为1 MPa。加热介质乙二醇入口温度为330 K，出口压力为0.5 MPa。结果表明，液氢在极短的距离内迅速气化，进入核态沸腾阶段，入口段局部换热系数较高，湍动能显著升高；随后进入膜态沸腾阶段，局部换热系数大幅减小。在液氢完成气化后逐渐升温过程中努塞尔数（Nu）沿程增大而摩擦因子（f）沿程减小。当液氢入口质量流量由5.98×10-6 kg/s增大至1.79×10-5?kg/s，换热效率增强，但压降显著增大，平均Nu增大12.9%~107.4%，平均f减小7.9%~19.6%。当乙二醇入口质量流量由9.33×10-4 kg/s增大至2.8×10-3 kg/s时，平均Nu数增大13.6%~79.2%，平均f减小2.4%~10.4%。研究结果为氢能动力系统小型相变换热器的流道设计与运行参数优化提供依据。

来源：2025年第11期

《热能动力工程》期刊编辑部

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