本文關(guān)鍵詞：二氧化碳微通道氣冷器優(yōu)化設(shè)計及分子動力學模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展,能源與環(huán)境問題已經(jīng)成為制約人類社會與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要問題,比如:最近幾年的霧霾問題。所以國際制冷界越來越關(guān)注和提倡使用自然工質(zhì)。氟利昂(包括HCFC以及CFC)等制冷劑對臭氧層的破壞作用并且會引起溫室效應(yīng),其替代品的研制已經(jīng)成為近年來的研究重點。天然工質(zhì)二氧化碳作為一個不易燃的、無毒天然流體,具有零ODP(臭氧消耗潛能)以及較低的GWP(全球變暖潛值)。二氧化碳在安全性、可燃性、優(yōu)良的物理特性等方面具有不可匹配的優(yōu)勢,因此成為了天然制冷劑的首選。微通道平行流氣冷器以其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢和高效的換熱效率,在跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)中有著良好的應(yīng)用。因此,本文從理論出發(fā),采用宏觀數(shù)值分析計算,研究了微通道平行流氣冷器的換熱特性并對其做了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。同時,運用分子動力學模擬軟件計算了二氧化碳微觀結(jié)構(gòu)特征以及輸運特性等。針對以上問題,本文主要在以下幾個方面開展研究:1、對整體翅片式二氧化碳微通道氣冷器的優(yōu)缺點進行了分析,以翅片高度、厚度、間距為輸入變量,空氣側(cè)最小壓降和最大換熱量為輸出優(yōu)化目標,運用CFD軟件ANSYS建立數(shù)學模型,并將構(gòu)建的模型導入mode FRONTIER軟件,采用NSGA-Π遺傳算法進行優(yōu)化設(shè)計計算,整理出優(yōu)化參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果表明,翅片高度選取5.7-6.3mm,翅片厚度0.15-0.25mm,翅片間距1.3-1.4mm時空氣側(cè)壓降及換熱性能達到最佳組合。2、利用CFD軟件Fluent對整體翅片式微通道換熱器空氣側(cè)流動與換熱特性進行了數(shù)值模擬計算,著重研究了換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓降及換熱系數(shù)的影響,分析整理出翅片高度、間距以及厚度等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對換熱器壓降及換熱系數(shù)的影響,并得出隨著翅片高度的減小、厚度的增大、翅片間距的減小,換熱器的壓降及換熱系數(shù)均在增大的結(jié)論。3、針對二氧化碳的微觀結(jié)構(gòu)的研究,采用目前最為強大的分子模擬軟件Materials Studio。首先,仔細講述了分子動力學模擬的各個關(guān)鍵技術(shù),包括系綜、力場、步長等;然后,模擬計算了超臨界二氧化碳的密度以及自擴散系數(shù);最后,將密度的計算結(jié)果與Refprop值做了對比,分析得出分子動力學模擬過程的各項參數(shù)設(shè)置準確,可以準確計算超臨界二氧化碳的物性,并研究了二氧化碳自擴散系數(shù)在不同溫度以及壓力下的變化趨勢。
【關(guān)鍵詞】：超臨界CO2 微通道 整體翅片 分子動力學
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-32
• 1.1 研究背景、意義12-14
• 1.2 CO_2 制冷循環(huán)基本流程14-16
• 1.3 CO_2 微通道氣冷器16-17
• 1.4 二氧化碳汽車空調(diào)氣體冷卻器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-25
• 1.4.1 CO_2 微通道氣冷器空氣側(cè)流動傳熱研究18-21
• 1.4.2 超臨界CO_2微細通道內(nèi)對流換熱特性研究21-25
• 1.4.3 二氧化碳制冷系統(tǒng)氣體冷卻器整體性能的研究25
• 1.5 微通道平行流氣冷器對流換熱的研究方法25-26
• 1.5.1 理論分析25-26
• 1.5.2 實驗研究26
• 1.5.3 數(shù)值模擬計算26
• 1.6 計算機分子模擬26-30
• 1.6.1 分子動力學模擬27
• 1.6.2 勢能函數(shù)27
• 1.6.3 平衡態(tài)系綜27-28
• 1.6.4 邊界條件28
• 1.6.5 積分算法28-29
• 1.6.6 控溫控壓方法29
• 1.6.7 分子模擬在超臨界流體體系中的應(yīng)用29-30
• 1.7 本文主要研究內(nèi)容及方法30
• 1.8 小結(jié)30-32
• 2 基于響應(yīng)面分析法的微通道換熱器優(yōu)化設(shè)計32-48
• 2.1 耦合計算設(shè)計流程32-34
• 2.2 多目標優(yōu)化算法的理論基礎(chǔ)34-36
• 2.3 三維單元模型的建立及參數(shù)化36-37
• 2.4 modeFRONTIER的優(yōu)化流程37-42
• 2.4.1 建立流程37-39
• 2.4.2 響應(yīng)面分析39-42
• 2.5 優(yōu)化結(jié)果分析42-46
• 2.5.1 變量變化分析42-43
• 2.5.2 變量間相互影響分析43-45
• 2.5.3 優(yōu)選區(qū)域分析45-46
• 2.6 小結(jié)46-48
• 3 整體翅片式微通道換熱器的數(shù)值模擬48-61
• 3.1 計算流體力學簡介48-55
• 3.1.1 計算流體力學概述48
• 3.1.2 CFD的優(yōu)缺點及應(yīng)用48-49
• 3.1.3 CFD理論數(shù)值方法49-50
• 3.1.4 計算流體力學的計算流程50
• 3.1.5 流體力學的基本控制方程50-52
• 3.1.6 常用數(shù)值模型簡介52-55
• 3.2 整體翅片式微通道換熱器模擬研究55-58
• 3.2.1 控制方程57
• 3.2.2 邊界條件的設(shè)置及相關(guān)參數(shù)定義57-58
• 3.3 數(shù)值模擬結(jié)果與討論58-60
• 3.4 小結(jié)60-61
• 4 超臨界CO_2 的分子動力學模擬研究61-76
• 4.1 Material Studio簡介61-62
• 4.1.1 相關(guān)功能模塊介紹61-62
• 4.2 模擬方法和勢能力場62-66
• 4.2.1 模擬方法62-63
• 4.2.2 力場的選擇63-64
• 4.2.3 運動方程的積分算法64-65
• 4.2.4 周期性條件65-66
• 4.3 CO_2 的分子動力學模擬66-69
• 4.3.1 模型建立66
• 4.3.2 建立晶胞66-68
• 4.3.3 動力學模擬過程的平衡68-69
• 4.4 模擬參數(shù)的選擇69-70
• 4.4.1 模擬分子數(shù)的選擇69
• 4.4.2 算法的選擇69
• 4.4.3 模擬確定時間步長69-70
• 4.4.4 位能的截斷70
• 4.5 模擬結(jié)果70-75
• 4.5.1 CO_2 的密度70-72
• 4.5.2 CO_2 的自擴散系數(shù)72-75
• 4.6 本章小結(jié)75-76
• 5 結(jié)論與展望76-78
• 5.1 本文主要研究結(jié)論76-77
• 5.2 展望77-78
• 參考文獻78-84
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文及研究成果84-85
• 致謝85

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 任能;;微通道換熱器在制冷空調(diào)行業(yè)應(yīng)用進展綜述[A];中國制冷學會2009年學術(shù)年會論文集[C];2009年

  本文關(guān)鍵詞：二氧化碳微通道氣冷器優(yōu)化設(shè)計及分子動力學模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：355214