本文關鍵詞：基于有機朗肯循環(huán)余熱回收系統(tǒng)的換熱器結構數值研究

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【摘要】：本文借助CFD軟件研究了適用于中低溫有機朗肯余熱發(fā)電系統(tǒng)的高效換熱器。由于有機工質(R113)在換熱器中發(fā)生液態(tài)單相對流換熱、沸騰換熱以及氣態(tài)單相對流換熱三個不同過程。本文首先研究了波節(jié)管結構尺寸變化對單相液態(tài)R113的流動和換熱性能的影響。隨后研究了在單相氣態(tài)R113在波節(jié)管中的流動換熱性能,并對比了波節(jié)管同結構參數下,液態(tài)工質和氣態(tài)工質的流動和換熱性能。最后研究了波節(jié)管內有機工質發(fā)生沸騰換熱時的流動和換熱性能。具體研究過程如下：(1)介紹了波節(jié)管的物理模型,其次建立了波節(jié)管的數學模型,并對網格無關性進行分析,以確保網格對計算結果準確性的影響可以忽略。引入了綜合換熱性能評價指標η來衡量波節(jié)管的綜合換熱性能。分別用雷諾應力模型(RSM).RNGk-ε模型、標準κ-ε模型和Realizable k-ε模型模擬了相同網格條件下光管的流動和換熱性能。并將計算結果與經驗公式進行對比,發(fā)現RSM模型計算結果與經驗公式最為接近,確定本文選用RSM模型。(2)計算了不同的波距P、波深H、波谷半徑r下,對稱式波節(jié)管的流動和換熱性能。并從波節(jié)管內的流型、壓力分布、湍動能、湍流耗散以及速度云圖等角度分析了波距P、波深H、波谷半徑r對波節(jié)管綜合換熱性能的影響。分析結果表明當波距P=40mm,波深H=4mm,波谷半徑r=5mm時,波節(jié)管的綜合換熱性能η最高。(3)計算了大波谷半徑位于來流側和去流側時非對稱式波節(jié)管的流動換熱性能。通過計算和對比分析,得出當大波谷半徑位于來流側時,波節(jié)管綜合換熱性能最佳。同時又對比了液態(tài)R113和氣態(tài)R113在非對稱式波節(jié)管內的流動換熱特性。結果表明,在相同入口速度下,非對稱式波節(jié)管更適合氣體的強化換熱。(4)從流動和傳熱特性上分析了波節(jié)管強化換熱效果的內在機理。并結合場協同原理,解釋了波節(jié)管相對于光管,其換熱性能較佳的內在因素。(5)研究了R113在波節(jié)管內發(fā)生沸騰換熱過程的傳熱和流動性能,并將其換熱性能與光管發(fā)生沸騰換熱時進行對比分析,結果表明波節(jié)管在沸騰過程中表面換熱系數明顯高于光管,而且其沸騰惡化點也相對光管滯后。波節(jié)管在很大程度上有利于工質的沸騰吸熱,但同時壓降損失比光管明顯增大。
【關鍵詞】：波節(jié)管 強化換熱 有機工質 沸騰換熱 湍流強度 數值計算
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM617
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 應用背景與研究意義10-11
• 1.2 強化換熱技術11-12
• 1.3 國內外強化換熱元件研究現狀12-15
• 1.3.1 國內外管內強化換熱研究現狀12-14
• 1.3.2 國內外外管束研究現狀14-15
• 1.4 國內外管內流動沸騰換熱研究現狀15-16
• 1.5 本課題的提出16-17
• 1.6 本課題的研究內容17-19
• 第2章 外凸式波節(jié)管傳熱與流動數值模型建立19-30
• 2.1 CFD簡介及特點19
• 2.2 換熱器物理模型19-21
• 2.3 數學模型21-25
• 2.3.1 湍流模型21-23
• 2.3.2 控制方程23
• 2.3.3 RSM模型23-24
• 2.3.4 Fluent計算設置24-25
• 2.4 數值模型驗證25-28
• 2.4.1 換熱性能評價指標25-26
• 2.4.2 網格無關性分析26-27
• 2.4.3 模型驗證27-28
• 2.5 本章小結28-30
• 第3章 對稱式波節(jié)管結構尺寸對流動換熱性能的影響30-47
• 3.1 物理模型和網格離散化30-31
• 3.1.1 物理模型30
• 3.1.2 網格劃分方法30-31
• 3.2 計算結果及分析31-46
• 3.2.1 波距P對流動換熱的影響31-36
• 3.2.2 波深H對流動換熱的影響36-41
• 3.2.3 波谷半徑r對流動換熱的影響41-46
• 3.3 本章小結46-47
• 第4章 非對稱式波節(jié)管結構尺寸對流動換熱性能的影響47-58
• 4.1 物理模型47
• 4.2 計算結果及分析47-57
• 4.2.1 大波谷半徑位于來流側(r_l>r_s)47-52
• 4.2.2 大波谷半徑位于去流側(r_l52-56
• 4.2.3 氣、液流動傳熱性能對比研究56-57
• 4.3 本章小結57-58
• 第5章 單相換熱情況下波節(jié)管強化傳熱機理分析58-65
• 5.1 流動特性分析58-60
• 5.1.1 速度分布特性研究58-59
• 5.1.2 壓力分布特性研究59-60
• 5.2 傳熱特性分析60-62
• 5.2.1 局部努賽爾數分布60-61
• 5.2.2 湍流特性分析61-62
• 5.3 光管與波節(jié)管場協同性分析62-63
• 5.4 本章小結63-65
• 第6章 波節(jié)管內沸騰流動傳熱特性65-72
• 6.1 沸騰換熱特性65-66
• 6.2 管內強制對流換熱特性66-67
• 6.3 多相流數值模擬67-70
• 6.3.1 mixture模型簡介67-68
• 6.3.2 蒸發(fā)冷凝模型68-69
• 6.3.3 模型驗證69-70
• 6.4 計算結果及分析70-71
• 6.5 本章小結71-72
• 第7章 結論與展望72-74
• 參考文獻74-78
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果78-79
• 致謝79

【參考文獻】

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1 路廣遙;管束通道內單相及兩相沸騰換熱特性及流動特性的研究[D];上海交通大學;2008年

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本文編號：1047913