【摘要】：超臨界CO2(簡稱S-CO2)做為循環(huán)工質(zhì)的燃煤火力發(fā)電近年來引起了人們的極大關(guān)注,以CO2取代水,利用CO2化學(xué)性質(zhì)不活潑及密度大等優(yōu)點(diǎn),降低對材料的苛刻要求,有效提高蒸汽溫壓參數(shù)和發(fā)電效率,大幅減小機(jī)組尺寸。利用CO2為工質(zhì)實(shí)現(xiàn)制冷、供熱或低溫余熱發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外工程熱物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。CO2傳熱實(shí)驗(yàn)臺的搭建和可靠運(yùn)行對于各類跨臨界C32系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本實(shí)驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)臺的搭建,來獲取超臨界二氧化碳在高溫高壓下的流動(dòng)與傳熱特性。通過實(shí)驗(yàn)臺的搭建采集大量的數(shù)據(jù),應(yīng)用于以CO2為工質(zhì)的單相、兩相及超臨界流體的流動(dòng)與傳熱特性研究,對其他傳熱實(shí)驗(yàn)臺的搭建也起借鑒的作用。在壓力 P=8.2-20.2 MPa,質(zhì)量流速G=512.7-1524.4 kg/(m2s),熱流密度qw=49.7-200kW/m2時(shí)對二氧化碳在內(nèi)徑為10mm,長度為2000mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼管中進(jìn)行了傳熱特性的實(shí)驗(yàn)研究。分析了壓力,質(zhì)量流速,主流焓值和熱流密度對傳熱特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明壁溫隨著主流焓值,熱流密度和壓力的增加而增加,隨著質(zhì)量流速的增加壁溫減小,傳熱系數(shù)的變化正好和壁溫的變化趨勢相反。在大熱流,低質(zhì)量流速的時(shí)候入口段壁溫飛升,出現(xiàn)了傳熱惡化,在大熱流,高壓力和質(zhì)量流速較高時(shí)其傳熱系數(shù)較大,則認(rèn)為發(fā)生了強(qiáng)化傳熱。針對實(shí)驗(yàn)工況分別用Dittus-Boelter,Jackson和Bishop經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了預(yù)測,其預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)在Nu數(shù)較大的時(shí)候預(yù)測值相對實(shí)驗(yàn)值普遍偏小,在三個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式中Bishop經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式預(yù)測的誤差最小。對超臨界二氧化碳在圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的壓降和摩擦系數(shù)也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)壓力P=8-16 MPa,質(zhì)量流速 G=1000-1525 kg/(m2.s),內(nèi)壁熱流密度qw=96.5-283.2 kW/m2。得到了不同工況下豎直圓管內(nèi)流動(dòng)阻力的變化規(guī)律,分析了壓力、質(zhì)量流速、主流焓值和熱流密度對圓管內(nèi)摩擦阻力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明摩擦壓降隨著質(zhì)量流量和壓力的增加而顯著增加,特別是當(dāng)主流焓值超過擬臨界焓值后,其增加的速度變得更加劇烈,同時(shí)發(fā)現(xiàn)熱流密度對摩擦壓降的影響不是太大。對于預(yù)測常物性摩擦因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式并不能預(yù)測超臨界CO2的摩擦因子。因此提出了一個(gè)新的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在±20%誤差帶范圍內(nèi)占83.31%。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK124;TM621

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本文編號：2752735