【摘要】：太陽能是一種可再生能源,具有環(huán)保、可持續(xù)的優(yōu)勢,是應對能源短缺和氣候變化的重要選擇之一。采用有機工質(zhì)的槽式直膨系統(tǒng)以太陽輻射為熱源,產(chǎn)生的氣體可直接進入有機朗肯循環(huán)做功,熱功轉(zhuǎn)化效率較高,且規(guī)模較小,運行溫度壓力較低,集熱效率更高,適用于分布式能源系統(tǒng),目前相關(guān)研究較少,技術(shù)可行性有待驗證。為此,建立實驗臺,研究非均勻熱流下R245fa的沸騰傳熱性能,可為有機工質(zhì)槽式直膨系統(tǒng)的應用提供參考,具有一定的工程應用價值。采用實驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了非均勻熱流下R245fa在水平圓管內(nèi)的流動沸騰特性,主要工作和結(jié)論如下:1、設計并建立非均勻熱流下R245fa流動沸騰換熱實驗臺,主要由預熱段、實驗測試段、冷凝段和工質(zhì)泵等四分組成,實驗試驗段內(nèi)徑為29 mm,實驗工況為質(zhì)量流速80~160 kg/(m~2·s)、熱流密度8~14 kW/m~2、飽和溫度55~75℃、干度0~0.35。2、通過實驗數(shù)據(jù)分析,研究干度、質(zhì)量流速、熱流密度及飽和溫度等參數(shù)對沸騰換熱系數(shù)的影響,將實驗結(jié)果和四種常用兩相換熱關(guān)聯(lián)式的計算結(jié)果進行對比,開發(fā)新的實驗關(guān)聯(lián)式。結(jié)果表明:1)在周向非均勻熱流和低干度條件下,分層流區(qū)域內(nèi)R245fa的換熱系數(shù)隨干度的增大而減小;2)沸騰換熱主要受氣泡作用的影響,質(zhì)量流速的變化對R245fa換熱系數(shù)幾乎沒有影響;3)較高的熱流密度容易形成更多的汽化核心,核態(tài)沸騰得到顯著增強;4)隨著飽和溫度的增加,生成氣泡所需壁面過熱度下降,兩相換熱系數(shù)隨之增加;5)現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式對實驗數(shù)據(jù)的預測普遍偏小;6)利用實驗數(shù)據(jù)開發(fā)了新的換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式,對于95.4%的數(shù)據(jù)預測偏差在±20%以內(nèi),對所有實驗數(shù)據(jù)的平均預測偏差為-4.56%,絕對平均偏差為8.84%。3、根據(jù)實驗工況,采用數(shù)值模擬軟件Fluent對非均勻熱流下R245fa在水平管內(nèi)的流動沸騰換熱進行研究。模擬結(jié)果顯示,氣泡運動破壞了非均勻熱流在流體內(nèi)部產(chǎn)生的二次流,強化了流動換熱�，F(xiàn)有多相流模型Lee模型沒有考慮非均勻熱流對氣泡產(chǎn)生的增強作用,有必要完善現(xiàn)有源項,尤其是在低干度的區(qū)域內(nèi)。
【圖文】：

實驗系統(tǒng)的可靠性分析。實驗系統(tǒng)及設計實驗原理為使有機工質(zhì)能在管道中在設定工況下流入、在設定加熱量下相變，整個驗系統(tǒng)由預熱段、非均勻加熱實驗段、冷卻部件、動力部件四個主要部分組成其中非均勻加熱實驗段為核心。圖 2-1 和圖 2-2 分別是實驗系統(tǒng)示意圖和實驗統(tǒng)實物圖。工質(zhì)循環(huán)流動過程如下：流體先在預熱段中受熱升溫，通過外部加量的控制，使流體以接近飽和的狀態(tài)進入非均勻?qū)嶒灦危趯嶒灦沃惺艿奖诿娣蔷鶆蚣訜徇M入兩相狀態(tài)，流出實驗段后經(jīng)過節(jié)流降壓，進入冷凝器被冷凝成冷液，經(jīng)過工質(zhì)泵的加壓進入下一輪循環(huán)。實驗主要測量的參數(shù)包括實驗段流進出口溫度和壓力、進口體積流量和管壁溫度，，通過對數(shù)據(jù)的分析，可以得到體飽和溫度、質(zhì)量流速和熱流密度對兩相換熱系數(shù)和管壁溫度分布的影響，從得到非均勻熱流對有機工質(zhì)兩相流動換熱過程的影響。

圖 2-2 實驗臺實物圖Figure 2-2 Picture of experiment platform預熱段熱段的作用是將流體的溫度加熱到實驗設定的溫度，使得流體以接進入實驗段。為此，預熱段選擇銅管外纏繞金屬加熱絲的設計，通的兩端電壓來控制管壁的加熱量。預熱段選用內(nèi)徑為 29 mm，外導熱系數(shù)和加工性能較好的紫銅管，總長為 2.5 m，由于實驗臺長被分成了等長的兩段。預熱段的設計最大加熱量為 7 kW，為此在等長地纏繞了 6 段鎳鉻加熱絲，鎳鉻絲直徑為 0.5mm，每米電阻段加熱絲的電阻在 42 Ω 左右。保證金屬絲和紫銅管的絕緣，先用手持式電動磨砂機將紫銅管的外，然后纏上有粘性的聚酰亞胺耐高溫絕緣膠帶，這樣金屬絲通過絕給銅管加熱，只要高溫膠帶不破裂，它就能起到絕緣的作用，在測
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK124

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 常春;張強強;李鑫;;周向非均勻熱流邊界條件下太陽能高溫吸熱管內(nèi)湍流傳熱特性研究[J];中國電機工程學報;2012年17期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 李鵬;制冷劑氟乙烷（HFC-161）管內(nèi)流動沸騰換熱特性研究[D];浙江大學;2013年

本文編號：2613184