本文關(guān)鍵詞：R245fa水平內(nèi)螺紋管內(nèi)流動(dòng)沸騰特性的實(shí)驗(yàn)與模擬研究

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【摘要】：作為新一代中高溫制冷劑,R245fa(五氟丙烷)具有良好的環(huán)保特性和熱物理性能,在低品位余熱驅(qū)動(dòng)的有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。管殼式蒸發(fā)器是有機(jī)朗肯循環(huán)的關(guān)鍵部件,其管內(nèi)沸騰換熱特性與流動(dòng)阻力將直接影響系統(tǒng)的不可逆損失和發(fā)電效率。為此,本文搭建了制冷劑沸騰換熱與阻力特性實(shí)驗(yàn)裝置,研究了R245fa在不同工況下的傳熱性能與摩擦壓降,為高效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論基礎(chǔ),具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。本文采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)值模擬方法,研究不同參數(shù)對(duì)水平內(nèi)螺紋管內(nèi)R245fa流動(dòng)沸騰特性的影響規(guī)律。論文的主要工作和結(jié)論如下:1)設(shè)計(jì)并搭建了R245fa流動(dòng)沸騰換熱性能和阻力特性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)主要由制冷劑回路、冷卻水回路、電加熱部分、數(shù)據(jù)采集部分等四部分組成。在此基礎(chǔ)上,本文還介紹了了實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量與數(shù)據(jù)處理方法。2)研究了R245fa在7mm水平內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動(dòng)沸騰換熱特性,獲得了2100組換熱系數(shù)數(shù)據(jù)。分析了干度、質(zhì)量流速、熱流密度及飽和溫度等參數(shù)對(duì)沸騰換熱系數(shù)的影響,確定了適于R245fa內(nèi)螺紋管內(nèi)沸騰換熱關(guān)聯(lián)式。實(shí)驗(yàn)表明:沸騰換熱系數(shù)隨質(zhì)量流速的增加而大幅增加;隨飽和溫度和熱流密度的增加而降低;隨著干度的增加,沸騰換熱系數(shù)先增加后減小;在四種常用的關(guān)聯(lián)式中,Kandlikar關(guān)聯(lián)式對(duì)R245fa沸騰換熱系數(shù)的預(yù)測(cè)精度最高,預(yù)測(cè)值與91.6%的實(shí)驗(yàn)值偏差在±25%以內(nèi),預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差分別是為4.7%和11.2%。3)研究了R245fa在7mm水平內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動(dòng)沸騰摩擦壓降特性,獲得了260余組摩擦壓降數(shù)據(jù)。分析了質(zhì)量流速、熱流密度及飽和溫度等參數(shù)對(duì)摩擦壓降的影響,并確定了適于R245fa內(nèi)螺紋管內(nèi)摩擦壓降的關(guān)聯(lián)式。在實(shí)驗(yàn)工況下,摩擦壓降隨質(zhì)量流速和熱流密度的增加而增加,隨飽和溫度的升高而降低;在四種常用壓降關(guān)聯(lián)式中,Muller-steinhagen-heck關(guān)聯(lián)式對(duì)R245fa摩擦壓降值預(yù)的測(cè)最為準(zhǔn)確,預(yù)測(cè)值與84.1%的實(shí)驗(yàn)值偏差在±20%以內(nèi),預(yù)測(cè)的相對(duì)誤差為9.36%。4)采用Fluent軟件,對(duì)R245fa在內(nèi)螺紋管和光滑管內(nèi)的沸騰換熱和流動(dòng)阻力進(jìn)行數(shù)值模擬。相比光滑管,內(nèi)螺紋管內(nèi)的沸騰換熱系數(shù)和摩擦壓降值分別提升23.4%和19.8%,綜合傳熱性能提升約17%。
【關(guān)鍵詞】：流動(dòng)沸騰 摩擦壓降 關(guān)聯(lián)式 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 主要符號(hào)對(duì)照表10-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 選題的背景及意義12-13
• 1.2 水平光滑管沸騰換熱與阻力特性的研究13-16
• 1.2.1 水平光滑管內(nèi)的流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展13-14
• 1.2.2 水平光滑管內(nèi)的流動(dòng)沸騰阻力特性研究14-15
• 1.2.3 水平光滑管內(nèi)的流動(dòng)沸騰換熱關(guān)聯(lián)式15-16
• 1.3 水平內(nèi)螺紋管的沸騰換熱與阻力特性研究16-18
• 1.3.1 水平內(nèi)螺紋管的流動(dòng)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)研究16-17
• 1.3.2 水平內(nèi)螺紋管內(nèi)的阻力特性研究17
• 1.3.3 水平內(nèi)螺紋管內(nèi)的流動(dòng)沸騰關(guān)聯(lián)式17-18
• 1.4 管內(nèi)流動(dòng)沸騰的數(shù)值模擬18-19
• 1.5 本文的主要工作19-20
• 第2章 制冷劑流動(dòng)沸騰換熱與阻力特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)20-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)20-23
• 2.1.1 制冷劑回路20-22
• 2.1.2 冷卻水回路22
• 2.1.3 電加熱系統(tǒng)22-23
• 2.1.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)23
• 2.2 預(yù)熱段與實(shí)驗(yàn)段的設(shè)計(jì)23-26
• 2.2.1 預(yù)熱段的設(shè)計(jì)23-24
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)段的設(shè)計(jì)24-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量26-29
• 2.3.1 溫度測(cè)量26-27
• 2.3.2 壓力測(cè)量27-28
• 2.3.3 流量測(cè)量28
• 2.3.4 電流與電壓測(cè)量28-29
• 2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理29-31
• 2.4.1 沸騰換熱系數(shù)29-30
• 2.4.2 干度30-31
• 2.4.3 摩擦壓降31
• 2.5 實(shí)驗(yàn)流程31-32
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備31-32
• 2.5.2 實(shí)驗(yàn)的步驟32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 R245FA內(nèi)螺紋管內(nèi)沸騰換熱與阻力特性的實(shí)驗(yàn)研究33-50
• 3.1 沸騰換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析33-37
• 3.1.1 干度對(duì)換熱系數(shù)的影響33-34
• 3.1.2 熱流密度對(duì)換熱系數(shù)的影響34-35
• 3.1.3 質(zhì)量流速對(duì)換熱系數(shù)的影響35-36
• 3.1.4 飽和溫度對(duì)換熱系數(shù)的影響36-37
• 3.2 R245FA內(nèi)螺紋管內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱的預(yù)測(cè)37-42
• 3.3 摩擦壓降的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析42-44
• 3.3.1 質(zhì)量流速對(duì)摩擦壓降的影響42
• 3.3.2 熱流密度對(duì)摩擦壓降的影響42-43
• 3.3.3 飽和溫度對(duì)摩擦壓降的影響43-44
• 3.4 R245FA內(nèi)螺紋管內(nèi)摩擦壓降的預(yù)測(cè)44-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 第4章 R245FA內(nèi)螺紋管內(nèi)沸騰換熱與阻力特性的數(shù)值模擬50-64
• 4.1 數(shù)值方法50-55
• 4.1.1 物理模型50-51
• 4.1.2 網(wǎng)格劃分51-52
• 4.1.3 數(shù)學(xué)模型52-54
• 4.1.4 邊界條件54
• 4.1.5 計(jì)算方法54-55
• 4.2 內(nèi)螺紋管模擬結(jié)果分析55-59
• 4.2.1 氣相體積分布55-56
• 4.2.2 溫度分布56-57
• 4.2.3 壓降分布57-59
• 4.2.4 換熱系數(shù)模擬值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比59
• 4.3 光滑管的模擬結(jié)果和內(nèi)螺紋管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比59-62
• 4.4 內(nèi)螺紋管強(qiáng)化換熱技術(shù)評(píng)價(jià)62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第5章 總結(jié)與展望64-66
• 5.1 主要工作與結(jié)論64-65
• 5.1.1 工作內(nèi)容64
• 5.1.2 主要結(jié)論64-65
• 5.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-71
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位階段科研成果匯總71

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本文編號(hào)：790138