氣液相變過程的能量轉換研究.pdf

1、“能源與環(huán)境”是當今世界的一大主題，目前的能源形勢并不容樂觀，能源利用帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴峻，發(fā)展先進的能源利用技術是緩解能源壓力，改善生態(tài)環(huán)境的一條重要途徑。
　　在能源利用過程中往往存在著各種相變過程，能量通過特定的工質作為載體，以相變的形式實現能量的傳遞、轉化和回收，因此關于氣液相變過程的能量轉換研究具有非常重要的理論價值和實際意義。本文研究的氣液相變側重于氣體在快速膨脹過程中的自發(fā)均質凝結過程，通過拉法爾噴管將這一物

2、理過程實現，并從理論分析計算、數值模擬和實驗三個方面進行了研究。
　　在理論分析和數值模擬部分，首先利用超臨界二氧化碳作為工質，進行了膨脹凝結數值模擬計算模型的初步探索。對臨界點附近的二氧化碳的實際狀態(tài)方程進行了改寫擬合，得到了與前人實驗值基本吻合的狀態(tài)方程并應用于數值計算，通過將凝結產生后流場的溫度和壓力限制在飽和線上的方法將凝結與流動耦合起來，一維二維的數值計算結果得到了很好的吻合。隨后在二氧化碳的數值模擬基礎上，引入過飽和度

3、的概念，提出了通過控制過飽和度在凝結產生前后的變化特性實現對流動過程和凝結過程的耦合，建立了更完善的數值計算模型。對最常用的工質水（水蒸氣）進行了一維理論計算和變工況分析，并在新的模型下進行了二維數值模擬及變工況分析，理論計算和數值模擬結果吻合，并且體現了二維模擬中由于流體的粘性耗散和壁面的摩擦效應帶來的變化。變工況分析得到了噴管初終參數對于流動和凝結的影響。
　　在實驗部分，完成了水蒸氣在拉法爾噴管內的超音速膨脹凝結流動的實驗的

4、主要部件的設計及選型，搭建了實驗臺。通過機械隔膜計量泵和PTC即熱式加熱器獲得過熱蒸汽，然后送入設計制作好的拉法爾噴管進行膨脹，膨脹終了的濕蒸汽經冷凝器冷凝回收并維持一定的背壓，并根據冷凝器的能量平衡法測算出噴管出口處的凝結量。進行了兩類變工況實驗，即分別調整給水流量和加熱器功率，研究凝結量的變化，實驗結果與相同進出口參數下的理論計算值具有相同的變化趨勢。最后利用紋影儀對膨脹凝結流動的流動場進行觀測，并將不同出口凝結量下的紋影照片進行數