管內(nèi)超臨界流動(dòng)傳熱特性及應(yīng)用研究.pdf

1、超臨界流體是一種介于氣體和液體之間的特殊狀態(tài)的流體，它兼有氣體和液體的雙重性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力工程、核電、低溫超導(dǎo)、暖通空調(diào)及航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。超臨界流體一個(gè)重要的特征就是熱物性參數(shù)隨溫度變化劇烈，尤其在臨界以及擬臨界區(qū)域，這使得其傳熱特性呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)強(qiáng)制對(duì)流不一樣的特點(diǎn)。本文首先以超臨界二氧化碳為研究對(duì)象，通過數(shù)值模擬獲得其在層流以及湍流狀態(tài)下的流動(dòng)與傳熱特性，在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有超臨界傳熱計(jì)算方法進(jìn)行總結(jié)、分析和評(píng)價(jià)，然后根據(jù)

2、超臨界傳熱的修正準(zhǔn)則以及最小二乘法提出全新的傳熱關(guān)聯(lián)式，最后根據(jù)本文提出的傳熱計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)超臨界碳?xì)淙剂显诟叱曀亠w行器綜合熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，全文的主要工作和研究成果如下：
　　(1)建立二維柱坐標(biāo)下超臨界層流傳熱的控制方程，編寫方程的計(jì)算程序并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證，然后通過計(jì)算程序獲取了超臨界壓力下管內(nèi)層流的速度分布、溫度分布以及傳熱分布的特性與規(guī)律，探討了不同入口壓力、管道內(nèi)徑、質(zhì)量流速、熱流密度、入口溫度以

3、及流動(dòng)方向?qū)ΤR界壓力下管內(nèi)層流傳熱分布的影響。
　　(2)建立三維笛卡爾坐標(biāo)下超臨界湍流傳熱的控制方程，采用SST k-ω湍流模型，利用CFD軟件對(duì)控制方程進(jìn)行求解并驗(yàn)證了結(jié)果的可靠性，然后通過該方法獲取了超臨界壓力下管內(nèi)湍流的速度分布、湍動(dòng)能分布、溫度分布以及傳熱分布的特性與規(guī)律，探討了不同入口壓力、管道內(nèi)徑、質(zhì)量流速、熱流密度以及流動(dòng)方向?qū)ΤR界湍流傳熱分布的影響。
　　(3)對(duì)現(xiàn)有的超臨界傳熱關(guān)聯(lián)式進(jìn)行廣泛地搜集和整

4、理，總結(jié)了現(xiàn)有傳熱關(guān)聯(lián)式在形式上的規(guī)律，建立了可用于傳熱關(guān)聯(lián)式評(píng)價(jià)的寬范圍實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后根據(jù)不同的劃分準(zhǔn)則對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，最終通過將傳熱關(guān)聯(lián)式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，得出了傳熱關(guān)聯(lián)式對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的適應(yīng)性分析結(jié)論，為現(xiàn)有傳熱關(guān)聯(lián)式的選用和新傳熱關(guān)聯(lián)式的建模提供了依據(jù)。
　　(4)總結(jié)了超臨界傳熱關(guān)聯(lián)式建模的修正準(zhǔn)則，根據(jù)建模修正準(zhǔn)則并結(jié)合現(xiàn)有傳熱關(guān)聯(lián)式的適應(yīng)性分析結(jié)論，確定了傳熱關(guān)聯(lián)式建模的待定形式，利用最小二乘法以及MATLAB編

5、程實(shí)現(xiàn)各種無量綱數(shù)的排列組合與超臨界水和超臨界RP-3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的迭代尋優(yōu)，得出了全新的形式簡(jiǎn)單，適用范圍廣以及預(yù)測(cè)精度高的超臨界水和超臨界RP-3傳熱關(guān)聯(lián)式。
　　(5)探討了適合于高超聲速飛行器綜合熱管理系統(tǒng)的方案，根據(jù)本文提出的超臨界傳熱計(jì)算方法，利用MATLAB/SIMULINK平臺(tái)的圖形化交互界面創(chuàng)建并封裝了適用于高超聲速飛行器綜合熱管理系統(tǒng)的主要功能模塊集，完成了以超臨界碳?xì)淙剂蠟橹饕獰岢恋木C合熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，分