【摘要】：印刷板式換熱器(Printed circuit heat exchanger,PCHE)是一種高效緊湊、高度集成的微細通道板式換熱器,已成功應用于LNG再氣化項目,是浮式儲存和再氣化裝置(FSRU)的核心設備。PCHE的芯體由許多微細通道組成,與傳統大尺度通道相比,微細通道內的流體流動所受作用力不同,表現出不同的流動特性和轉換機理。此外,兩相流特性和流型對傳熱也有較大的影響,不同流型的傳熱情況不同。而目前大量的研究學者對PCHE進行了研究,但很少涉及兩相流動。因此,對PCHE微細通道內的兩相冷凝流動與換熱特性的研究是有必要的,對強化換熱、增強其換熱效率有重要意義。本文采用模擬分析和實驗研究相結合的方法,深入研究了制冷劑R22在PCHE熱側微細通道內的冷凝流動與傳熱性能。首先,通過實驗的方法研究制冷劑R22在PCHE熱側微細通道中的壓降與傳熱性能,設計并建立了以PCHE為核心設備的液氮-R22實驗回路,根據實驗需求測量了溫度、壓力、質量流量等參數并對測得的實驗數據進行處理,定性研究了不同壓力、不同進口溫度、不同質量通量條件下R22在微細通道中的壓降和對流傳熱系數。通過分析發(fā)現,在壓力保持為0.65 MPa不變時,R22在通道內的壓降和對流換熱系數都隨質量通量的增大而增大;在質量通量保持為10.52 kg m~(-2) s~(-1)不變時,R22在較低壓力下,壓降和對流換熱系數都相對較高。通過R22在不同條件下熱物性參數的變化對所發(fā)現的壓降和對流換熱系數的變化規(guī)律進行了分析。另外,利用實驗數據與現有的壓降和換熱的準則關聯式進行比較,對現有的關聯式進行了評價分析。其次,由于實驗工況具有多變性,無法完全對每個工況點的影響變量進行控制,使得R22在流道中的壓降和換熱特性只能呈現出大致趨勢,沒有明顯的規(guī)律性,且不同的工況下R22在流道中的冷凝速度及流型有所不同,但是實驗研究中無法直觀地顯示出通道的內部流動信息,所以基于實驗所用的PCHE,建立其熱側微細通道的簡化模型,通過數值仿真對R22在通道內的流動狀況及換熱特性進行深入的探索。首先,通過兩相云圖對R22在通道內的冷凝流動規(guī)律及流型進行了探索,發(fā)現在冷凝過程中,液相首先出現在通道上下壁面相交的尖角處,然后沿表面向中間延伸。在不同制冷劑質量通量下發(fā)現了光滑環(huán)狀流、波狀環(huán)狀流、柱塞流和泡狀流,并繪制成流型圖。其次,對不同入口干度、不同質量通量下的局部對流換熱系數和壓力沿著流道的變化進行了深入研究,發(fā)現對流換熱系數隨入口蒸汽干度的降低而增大,而流動壓降隨入口干度的變化不規(guī)律,通過綜合分析得出,在進口干度為0.7時,傳熱性能最優(yōu)。局部換熱系數和壓降隨R22質量通量的增大而增大,在相同質量通量下,換熱系數沿流動方向增加,表明間歇流增強了傳熱。最后,針對本研究建立了新的局部努謝爾特數和范寧摩擦因子的準則關聯式,并利用模擬數據驗證了所提出的關聯式具有良好的預測性。最后,利用所建立的模型對實驗工況進行數值仿真,通過實驗結果與仿真結果的比較,分析了實驗與仿真之間的差異,并通過冷凝流動情況從機理上深入考察了壓力和質量通量對努塞爾特數以及摩擦壓降梯度的影響。發(fā)現仿真Nu值均高于實驗Nu值,這可歸因于實驗計算過程中所產生的誤差。實驗摩擦壓降梯度值高于仿真值,由于數值模型的理想化,且在計算實驗摩擦壓降時忽略了進出口壓降。從冷凝流態(tài)方面分析了變化趨勢,Nu隨著質量通量的增大而增大,由于在較低的質量通量下,R22冷凝更快,甚至過冷,而R22在高質量通量下始終處于兩相流狀態(tài)。摩擦壓降梯度隨著質量通量的增大而增大,可以看到隨著質量通量的增加,冷凝流態(tài)從間歇流變?yōu)榄h(huán)狀流。在較低的壓力下,Nu和摩擦壓降梯度值較高,由于在較低壓力下,完全冷凝的位置更接近出口,相變換熱更充分,而且氣液之間的速度差隨著壓力的降低而升高。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK172

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 常海萍，黃太平，陳萬兵;渦輪葉片與輪盤間樅樹型榫頭間隙中的流動與換熱特性試驗研究[J];TRANSACTIONS OF NANJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS & ASTRONAUTICS;1995年01期

2 邱緒光 ,康瀅;短距沖擊流動下的流型及換熱[J];航空動力學報;1989年04期

3 劉德昌,楊和平,王永亮,林志杰,劉煥彩;寬篩分床料循環(huán)流化床與水平管之間的換熱特性研究[J];華中理工大學學報;1989年06期

4 李宇明;;空氣流經光滑平行平板通道的換熱特性[J];沈陽建筑工程學院學報;1989年04期

5 常海萍 ,黃太平 ,楊燕生;復雜非圓管流動與換熱特性實驗研究[J];航空動力學報;1993年04期

6 張盧騰;張亞培;周瑜琨;田文喜;秋穗正;蘇光輝;馬衛(wèi)民;趙博;元一單;;硬殼對熔融池換熱特性影響試驗研究[J];原子能科學技術;2016年06期

7 牛廣林;閻昌琪;孟兆明;石帥;;滑油冷卻器在不同布置方式下換熱特性的實驗研究[J];原子能科學技術;2012年01期

8 李鋒平;劉金祥;陳曉春;徐穩(wěn)龍;;空氣處理設備動態(tài)換熱特性分析[J];流體機械;2011年01期

9 張大林,常海萍,韓東,盛榮昌,張大林;有初始橫流的沖擊壁面強化的換熱特性實驗研究[J];航空動力學報;1996年03期

10 吳斌;吳凱;;油浸式變壓器用風冷卻器換熱特性數值模擬[J];變壓器;2014年03期

相關會議論文 前10條

1 馬旭;謝光華;張?zhí)硪?湯華;;旋轉U型通道內超臨界流體流動換熱特性及影響分析[A];探索 創(chuàng)新 交流（第7集）——第七屆中國航空學會青年科技論壇文集（上冊）[C];2016年

2 鄭帥;張若凌;;加熱圓管內正十烷的對流換熱特性研究[A];第九屆全國流體力學學術會議論文摘要集[C];2016年

3 張書斌;張卉;盧明濤;;帶肋通道中空氣冷卻換熱特性研究[A];高等教育學會工程熱物理專業(yè)委員會第二十一屆全國學術會議論文集——傳熱傳質學專輯[C];2015年

4 張書斌;盧明濤;楊歷;;帶肋通道中空氣冷卻換熱特性研究[A];高等學校工程熱物理第二十屆全國學術會議論文集——傳熱傳質學專輯[C];2014年

5 魏文建;李華;;點波板式換熱器流動換熱特性研究[A];走中國創(chuàng)造之路——2011中國制冷學會學術年會論文集[C];2011年

6 張井志;田茂誠;張冠敏;冷學禮;;單邊流板式換熱器流動換熱特性[A];第十一屆全國水動力學學術會議暨第二十四屆全國水動力學研討會并周培源誕辰110周年紀念大會文集（下冊）[C];2012年

7 鄧杰;余南陽;;平直翅片流道與波紋翅片流道換熱特性計算比較[A];2007年西南地區(qū)暖通空調及熱能動力學術年會論文集[C];2007年

8 丁海燕;劉繼平;邢秦安;嚴俊杰;;項部通道對翅片組換熱特性的影響[A];2006年石油和化工行業(yè)節(jié)能技術研討會會議論文集[C];2006年

9 陶家琪;熊珍琴;蔣興;顧漢洋;謝永誠;;非能動余熱排出熱交換器瞬態(tài)換熱特性實驗研究[A];第十五屆全國反應堆熱工流體學術會議暨中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室學術年會論文集[C];2017年

10 葉會文;王令;劉東;;基于階梯等效比熱容的潛熱型功能熱流體換熱特性研究[A];2015年第十六屆西南地區(qū)暖通熱能動力及空調制冷學術年會論文集[C];2015年

相關博士學位論文 前10條

1 李鑫郡;通道流中壓電風扇激勵的對流換熱特性研究[D];南京航空航天大學;2018年

2 杜東興;可壓縮性及粗糙度對微細管內流動及換熱特性的影響[D];清華大學;2000年

3 A.A.穆弗達赫;核反應堆流動及換熱特性研究[D];浙江大學;1998年

4 熊鈞;HCFC123高溫工況下水平管外冷凝換熱特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

5 孫多斌;供暖空調管網流體輸配與換熱特性的研究[D];大連理工大學;2007年

6 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

7 劉志斌;污水源熱泵系統取水換熱工藝中污水流動與換熱特性研究[D];大連理工大學;2014年

8 宿艷彩;彈性管束流體誘導振動及換熱特性研究[D];山東大學;2012年

9 韓勇軍;魚雷殼體冷凝器換熱特性研究[D];中國艦船研究院;2017年

10 郭聰;被動式冷卻系統中的流動冷凝及其對系統換熱特性的影響[D];中國科學院研究生院(工程熱物理研究所);2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 張艷瑞;印刷板式換熱器內冷凝流動與換熱特性分析與研究[D];江蘇科技大學;2019年

2 徐煦;鍋爐機組煙氣對流冷凝換熱特性研究[D];上海交通大學;2016年

3 湯壽超;直通道PCHE內超臨界流體流動與傳熱特性數值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

4 張揚;渦輪葉片蜿蜒通道整流減阻機制及換熱特性研究[D];南京航空航天大學;2019年

5 高宇;火焰筒壁層板冷卻結構內部流動與換熱特性研究[D];南京航空航天大學;2019年

6 陳順之;原生污水管內湍流流動與換熱特性數值模擬研究[D];大連理工大學;2019年

7 黃長燁;半圓形截面Zigzag通道內烴類介質流動與換熱特性數值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

8 曹華鋼;雙側翅縱向翅片管流動與換熱特性的數值研究[D];蘭州理工大學;2019年

9 周云;渦輪動葉內部交叉肋結構的流動換熱特性研究[D];哈爾濱工程大學;2019年

10 宋曉軼;蘭炭爐內氣固換熱特性的研究[D];山東理工大學;2018年

本文編號：2787992