【摘要】：近年,本課題組發(fā)現在一定熱力學狀態(tài)下,液態(tài)工質將吸收的熱量轉換為壓力波,稱為熱壓轉換效應現象,提出“基于熱壓轉換效應的強化傳熱技術”。熱壓轉換效應本質上是利用工質的內能與機械功耦合作用,達到高強度傳熱的目的。然而,熱壓轉換效應的機理尚未完全揭示,未能實現熱壓轉換效應的定量描述。本文首先以實驗數據為基礎,分析熱壓轉換過程的影響因素并計算出理論轉化效率;接著提出壓力波熱壓轉換效應強化傳熱模型,通過理論推導驗證內能向壓力波的轉換過程;最后通過數值模擬方法分析了熱壓轉換效應對強化熱量傳遞的影響及規(guī)律。由于現有文獻在溫度293K~313K、壓強1.1MPa~1.5MPa范圍內的R134a工質無相關熱物性參數的方程,需進行精確的擬合計算。首先通過結構加和法和Chueh-Prausnitz壓縮液體方程得到液態(tài)R134a密度關于溫度和壓強的擬合方程,進而得到等溫壓縮系數以及等膨脹系數的擬合方程;接著通過焓的方程得到比熱容的擬合方程。以此,為后續(xù)理論推導奠定基礎。在壓縮流體R134a中,流體的密度變化引起流體壓力的變化,從而產生壓力波。本文通過對能量項泰勒級數展開,得出單位體積流體壓力波攜帶的能量與流體中壓力波傳播速度和壓力波振幅有關。根據波數方程,含氣率在51%左右時均相流聲速最小;根據循環(huán)方程和狀態(tài)方程,充液率趨近100%時,壓力波振幅最大。根據實驗數據理論計算出熱量轉化成壓力波最大效率為2.43%。由此,可以證明熱壓轉換效應不能產生足夠的壓力波來傳輸工質的內能,由此預測壓力波在熱壓轉換效應中是起強化換熱作用。本文提出壓力波強化傳熱理論模型:初始工質單元在壓力波作用下處于壓縮態(tài),對周圍放熱;半個周期后壓力波的相位產生變化,工質單元又處于膨脹態(tài),工質單元對周圍吸熱。如此進行吸放熱循環(huán)達到傳熱的目的。根據理論模型,計算出每個循環(huán)周期內,單位換熱量傳遞最多需要消耗0.52%壓力波的機械功,驗證熱壓轉換效應過程能夠產生足夠的壓力波起到強化傳熱作用,對實際傳熱現象解釋合理。本文建立一維密閉模型,左邊界施加脈沖熱源,仿真模擬研究不同條件下熱壓轉換效應對傳熱影響。模擬出左邊界的溫度、壓力;計算出工質的動能、內能變化量、壓縮功及各自占比;換算出工質R134a在熱壓轉換效應下的換熱系數。研究得出不同長度模型的傳熱特性相似;加熱功率越大,壓縮功占比越大,壓力波的壓縮功對傳熱的占比增加;加熱時間越長振幅的衰減系數越大。換熱過程主要通過微對流換熱方式,傳熱系數為50000 W·m~(-2)·K~(-1)左右。熱壓轉換效率越高,傳熱系數越大。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK124

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本文編號：2611217