【摘要】：內燃機在運行時只能將30-45%的燃燒能量轉化為機械功,其余能量通過排氣和冷卻水釋放到外界環(huán)境中,造成大量能源浪費。其中,內燃機排氣由于溫度高、品位大等特點,具有巨大的余熱回收潛力。熱力循環(huán)技術在內燃機余熱回收領域具有廣泛應用。在熱力循環(huán)中,煙氣換熱器的性能直接影響著循環(huán)的熱效率。而在一般情況下,煙氣側的換熱效率要遠低于工質側。因此,對煙氣換熱器的煙氣側進行強化換熱研究具有重要意義。本文采用金屬泡沫材料對煙氣換熱器的煙氣側進行強化換熱。首先,建立金屬泡沫包覆單管的數(shù)值模型并進行模型驗證�；诖四Ｐ瓦M行CFD計算,采用Darcy-Forchheimer-Brinkman動量方程及非熱平衡能量方程。通過對泡沫結構參數(shù)及其它參數(shù)的探究,分析了強制對流條件下金屬泡沫包覆單管的流動及換熱特性。結果表明,在泡沫管尾部會產生形態(tài)不同的回流區(qū),且湍流強度越大,回流區(qū)越長;在雷諾數(shù)為1000-6000時,泡沫管的平均努塞爾數(shù)約為光管的10-18倍。本文在單管基礎上開展金屬泡沫包覆管排的模擬研究,建立數(shù)值模型并進行CFD計算。分析了管排布置方式、泡沫層厚度、管間節(jié)距等對傳熱及壓降性能的影響,采用j/f~(1/2)作為綜合性能的評價指標。結果表明,在各個流速下,錯排布置的綜合性能都高于順排布置,且泡沫層無量綱厚度為0.15時管排綜合性能最優(yōu);同時考慮綜合性能及緊湊性,縱向節(jié)距為4D時的金屬泡沫管排為最佳設計。本文對課題組CO_2動力循環(huán)試驗臺架中的套管式煙氣換熱器進行數(shù)值仿真,并利用實驗數(shù)據(jù)對模型進行驗證。在該換熱器基礎上設計金屬泡沫換熱器,建立模型并進行CFD計算。出于部件小型化考慮,對該金屬泡沫換熱器進行優(yōu)化,將換熱管排數(shù)由九排縮減至三排。結果表明:在同一工況下,該小型化金屬泡沫換熱器換熱量約為53.71kW,壓降約為9.53kPa;原套管式換熱器換熱量約為45.39kW,壓降約為8.82kPa。在壓降允許的條件下,該小型化金屬泡沫換熱器可同時提高換熱量并減小尺寸,體積約為原套管式煙氣換熱器的1/3。
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第一章 緒 論材料特性研究現(xiàn)狀是一種以金屬或金屬合金為骨架，內部含有大量三維多孔材料的一種[22]。金屬泡沫按孔胞結構可分為開孔開孔金屬泡沫孔胞之間相互貫通，閉孔金屬泡沫孔胞 1-2 所示為金屬泡沫的顯微結構。

圖 1-3 應用在不同領域的金屬泡沫材料Figure 1-3 Metal foams in various application areas沫密度小、強度高、硬度大且抗疲勞、蠕變及斷裂，具有性好、比表面積可達 8000m2/m3，可大幅度增加單位體積高，可使熱量擴散加快；對流體擾動十分強烈，，可增大湍層，促進金屬骨架與流體間的局部對流換熱[24]。金屬泡沫4
【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】：TK401

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 張新銘;凌婭;谷沁洋;;多孔石墨泡沫材料內流動阻力的擴展Ergun方程[J];材料導報;2012年04期

2 朱劍明;;世界能源現(xiàn)狀與內燃機節(jié)能減排的戰(zhàn)略意義[J];企業(yè)研究;2010年07期

本文編號：2662125