二氧化碳(CO2)流體具有無毒、不易燃、化學性質(zhì)穩(wěn)定、來源豐富和環(huán)境友好等優(yōu)點。超臨界CO2由于其特殊的物性變化,表現(xiàn)出良好的流動換熱特性,因此在先進核電系統(tǒng)、太陽能發(fā)電、增強型地熱系統(tǒng)和空調(diào)制冷系統(tǒng)等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。與常物性流體相比,CO2在擬臨界點附近物性變化劇烈,傳熱規(guī)律特殊而復雜。因此,深入認識和研究CO2在擬臨界點附近的流動換熱特性對于建立適用的傳熱強化方法以及開發(fā)新型高效換熱器具有很強的現(xiàn)實意義。通過數(shù)值方法對超臨界壓力CO2在擬臨界點附近的流動換熱進行了研究,首先驗證了變湍流普朗特數(shù)模型能夠較準確地描述傳熱惡化時的壁面溫度分布,其次分析了冷卻和加熱條件下,流動方向、質(zhì)量流量、熱流密度、直徑、入口溫度、浮力效應(yīng)和熱加速效應(yīng)對流動換熱的影響規(guī)律,探索各種因素的相互作用機制,并通過分析溫度、速度、剪切應(yīng)力、湍動能、場協(xié)同角等參數(shù)的局部分布揭示了局部傳熱惡化或強化的機理。對超臨界壓力CO2在水平圓管內(nèi)的流動換熱進行模擬,結(jié)果表明:(1)冷卻條件下,局部對流換熱系數(shù)在局部流體平均溫度稍高于擬臨界溫度時達到峰值,其隨著質(zhì)量流量的增大和直徑的減小而增大,而熱流密度只影響達到峰值...

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
符號說明表
第1章 引言
    1.1 選題背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 冷卻條件下流動換熱特性研究
        1.2.2 加熱條件下流動換熱特性研究
        1.2.3 超臨界流體湍流模型研究
        1.2.4 超臨界流體傳熱惡化研究
        1.2.5 浮升力關(guān)聯(lián)式和熱加速關(guān)聯(lián)式
    1.3 本文研究內(nèi)容
第2章 超臨界流體流動換熱理論基礎(chǔ)
    2.1 CO₂的熱物理性質(zhì)
    2.2 數(shù)值模擬方法
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 模擬設(shè)置
        2.2.3 數(shù)據(jù)處理方法
    2.3 湍流普朗特數(shù)研究
    2.4 場協(xié)同原理
    2.5 本章小結(jié)
第3章 水平圓管內(nèi)超臨界壓力CO₂流動換熱特性
    3.1 數(shù)值模擬方法
        3.1.1 物理模型和邊界條件
        3.1.2 數(shù)值方法驗證和網(wǎng)格無關(guān)性驗證
    3.2 冷卻條件下流動換熱特性
        3.2.1 熱流密度對流動換熱的影響
        3.2.2 質(zhì)量流量對流動換熱的影響
        3.2.4 直徑對流動換熱的影響
        3.2.5 徑向流場和溫度分布
        3.2.6 浮力效應(yīng)和熱加速效應(yīng)
        3.2.7 水平冷卻換熱的場協(xié)同分析
    3.3 加熱條件下流動換熱特性
        3.3.1 熱流密度和質(zhì)量流量對流動換熱的影響
        3.3.2 直徑對流動換熱的影響
        3.3.3 傳熱惡化機理分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 豎直圓管內(nèi)超臨界壓力CO₂流動換熱特性
    4.1 數(shù)值模擬方法
        4.1.1 物理模型和邊界條件
        4.1.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗證
    4.2 冷卻條件下流動換熱特性
        4.2.1 熱流密度和質(zhì)量流量對流動換熱的影響
        4.2.2 直徑對流動換熱的影響
        4.2.3 浮力效應(yīng)和熱加速效應(yīng)
    4.3 加熱條件下流動換熱特性
        4.3.1 熱流密度對流動換熱的影響
        4.3.2 質(zhì)量流量對流動換熱的影響
        4.3.3 入口溫度對流動換熱的影響
        4.3.4 直徑對流動換熱的影響
        4.3.5 傳熱惡化機理分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 PCHE通道內(nèi)超臨界壓力CO₂耦合換熱特性
    5.1 數(shù)值模擬方法
        5.1.1 物理模型和邊界條件
        5.1.2 數(shù)據(jù)處理方法
        5.1.3 數(shù)值方法驗證和網(wǎng)格無關(guān)性驗證
    5.2 CO₂-CO₂耦合換熱特性分析
        5.2.1 冷熱兩側(cè)局部對流換熱系數(shù)
        5.2.2 質(zhì)量流量對換熱系數(shù)的影響
        5.2.3 質(zhì)量流量對j/f^1/3因子的影響
        5.2.4 質(zhì)量流量對傳熱有效度的影響
    5.3 CO₂-H₂O耦合換熱特性分析
        5.3.1 質(zhì)量流量對換熱系數(shù)的影響
        5.3.2 質(zhì)量流量對j/f^1/3因子的影響
        5.3.3 質(zhì)量流量對傳熱有效度的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果



本文編號：4041858