超臨界二氧化碳自適應(yīng)流道回?zé)崞餮芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-05-08 07:05
【摘要】：核能作為一種清潔能源,是未來(lái)能源領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一,而再壓縮超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)由于其換熱效率高、能量密度大和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是第四代核反應(yīng)的最佳循環(huán)類型之一,具有非常大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)中,低溫回?zé)崞鞯膿Q熱性能和水力性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)有重要影響,而處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳物性隨溫度劇烈變化成為制約回?zé)崞餍阅艿闹匾蛩�。本文針�?duì)超臨界二氧化碳物性隨溫度變化的特性,提出自適應(yīng)流道設(shè)計(jì)以提高超臨界二氧化碳再壓縮布雷頓循環(huán)中低溫回?zé)崞鞯膫鳠岷土鲃?dòng)特性,并通過(guò)系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)這種新型回?zé)崞鬟M(jìn)行了研究。本文在對(duì)現(xiàn)有超臨界二氧化碳回?zé)崞髁鞯澜Y(jié)構(gòu)研究和分析的基礎(chǔ)上,提出了解決二氧化碳物性劇烈變化的自適應(yīng)流道的設(shè)計(jì)方案,即換熱器流道尺寸根據(jù)換熱器內(nèi)二氧化碳溫度變化而相應(yīng)的改變,為了驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)思路的可行性,我們首先針對(duì)單個(gè)自適應(yīng)流道,建立單個(gè)自適應(yīng)流道的物理模型和數(shù)學(xué)模型,通過(guò)理論模擬計(jì)算,對(duì)超臨界二氧化碳自適應(yīng)流道與普通流道的傳熱和流動(dòng)特性進(jìn)行了比較。結(jié)果表明自適應(yīng)流道綜合性能優(yōu)于普通流道,證明了自適應(yīng)流道的可行性。隨后在自適應(yīng)流道研究的基礎(chǔ)上,提出了自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)方案。首先建立了自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯姆治瞿Ｐ?通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)自適應(yīng)流道回?zé)崞鬟M(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)新型自適應(yīng)流道可以有效降低回?zé)崞鞯膲毫p失50%左右,同時(shí)提高回?zé)崞鞯膶?duì)流換熱系數(shù)從而提高了回?zé)崞鞯膿Q熱有效度2%左右,此外自適應(yīng)流道結(jié)構(gòu)還可以提高回?zé)崞鞯木o湊型。最后,根據(jù)理論數(shù)值計(jì)算和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果,提出了結(jié)合“S”形肋片的不連續(xù)通道自適應(yīng)流道回?zé)崞髟O(shè)計(jì)思路,同時(shí)從實(shí)驗(yàn)方向進(jìn)行研究�？紤]到新設(shè)計(jì)回?zé)崞髁鞯澜Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,我們通過(guò)金屬3D打印技術(shù)進(jìn)行制作加工。其后為了驗(yàn)證新型回?zé)崞鞯男阅?本文又搭建了一臺(tái)超臨界二氧化碳回?zé)崞餍阅軠y(cè)試平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)、實(shí)驗(yàn)循環(huán)測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)三大部分。在對(duì)回?zé)崞鞯男阅軐?shí)驗(yàn)研究中,一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理淪結(jié)果關(guān)鍵參數(shù)的對(duì)比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果誤差范圍在5%以內(nèi),從而可以驗(yàn)證數(shù)值仿真模型的準(zhǔn)確性;另一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)將新型回?zé)崞骱推胀ɑ責(zé)崞鬟M(jìn)行對(duì)比研究,結(jié)果表明:自適應(yīng)流道回?zé)崞骺梢燥@著降低壓力損失:與普通流道“S”形肋片回?zé)崞飨啾?新型回?zé)崞鞯膲毫p失最高可以降低到69%,同時(shí)自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯挠行Ф瓤梢蕴岣?%左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相互吻合,結(jié)果表明自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯乃π阅芎蛽Q熱性能均能得到提高。最后,本文通過(guò)對(duì)回?zé)崞鲗?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模擬數(shù)據(jù)的分析、歸納和總結(jié),建立了傳熱參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的無(wú)量綱參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)式,為以后對(duì)不同結(jié)構(gòu)的回?zé)崞鬟M(jìn)行傳熱性能分析提供理論幫助和支持。
【圖文】：
邐２５０逡逑溫度（°Ｃ）逡逑圖１－２．不同壓力Ｃ０２不同溫度下的熱物性逡逑Ｔ｜邋＾逡逑’邐冷流體逡逑Ｘ逡逑圖１－３．“夾點(diǎn)”問(wèn)題示意圖逡逑針對(duì)“夾點(diǎn)”問(wèn)題有學(xué)者提出了再壓縮ＳＣ０２－ＢＣ循環(huán)（如圖１－４所示），通過(guò)逡逑兩級(jí)回（換）熱器（高溫回?zé)崞骱偷蜏鼗責(zé)崞鳎┖头至骷夹g(shù)，，通過(guò)犧牲一部分壓逡逑縮功來(lái)獲得更高的回?zé)崞餍�，避開(kāi)二氧化碳比熱容劇烈變化的臨界區(qū)域，減少逡逑跨臨界區(qū)Ｃ０２的總熱容，從而提高回?zé)崞餍�，減小回?zé)崞鞯捏w積［１３］。逡逑研究者們針對(duì)超臨界二氧化碳再壓縮布雷頓循環(huán)進(jìn)行了循環(huán)數(shù)值研[偧爸麇義弦問(wèn)治鲇嘔萑植問(wèn)治黿峁�，回壤@韉幕蝗刃屎脫沽λ鶚Ф哉鰣義涎沸視邢災(zāi)撓跋歟郟保矗蕁Ｍ被厝繞魘淺俳紓茫埃慚廢低持惺孔疃唷⑻邋義匣畬蟮納璞�，其硽Ⅰx頰頰逑低吵殺鏡模擔(dān)埃ヒ隕稀４送�，回壤@鞫雜諳低嘲插義先�、稳定哉b�，系桶V逍實(shí)奶岣呔哂兄匾饔茫歉孟低匙釵丶納璞鋼義弦�。超临郊偯０２换壤@鰨ɑ厝繞鰨┗⊙繡撤矯嬉鴉竦霉葉喔魷钅康鬧С幀ｅ義纖曰諢厝繞韉男閱芏哉齔俳綞躉疾祭錐傺返鬧匾跋
本文編號(hào)：2654307
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【圖文】：
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