超臨界二氧化碳管內(nèi)對流傳熱數(shù)值模擬.pdf

1、隨著科技的進步和我國工業(yè)的逐漸現(xiàn)代化，對能源的需求越來越多，而現(xiàn)在卻面臨能源短缺的問題。為節(jié)約能源，我國大力提倡節(jié)能減排，提高能源的利用率，而提高能源利用率的一個最重要研究方向即為如何提高熱能動力裝置的效率。因?qū)?yīng)的研究比較少，特別是當流體處在超臨界壓力條件下的流動與換熱更成為制約高參數(shù)熱能動力裝置發(fā)展的一個瓶頸?，F(xiàn)階段，針對人們對換熱設(shè)備體積小、重量輕、換熱效率高等方面的要求，為給換熱設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計提供相應(yīng)的理論依據(jù)，采用數(shù)值計算的方

2、法，以超臨界CO2為工質(zhì)，對該工質(zhì)在直管和螺旋管內(nèi)的流動和傳熱特性進行研究，分析了管內(nèi)因物性變化引發(fā)的浮升力對流動和換熱的影響規(guī)律，探究直管和螺旋管內(nèi)強化傳熱的方法。因此本課題的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　通過對恒壁溫冷卻時超臨界CO2在水平和不同傾角的直管內(nèi)的混合對流換熱進行數(shù)值計算，分析冷壁面溫度、重力水平、入口雷諾數(shù)等變化時，壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，二次流、摩擦系數(shù)沿管的分布規(guī)律，并引入二次流動能k1和相對二次流動能K定量表示

3、出二次流強度。研究結(jié)果表明管內(nèi)上部分流體溫度高于下部分，上母線的傳熱系數(shù)高于下母線，并在擬臨界溫度附近達到峰值，管內(nèi)二次流和范寧摩擦系數(shù)在靠近入口處變化最強烈。重力加速度也會對管內(nèi)流動換熱產(chǎn)生重要影響。本文工況下，研究發(fā)現(xiàn)管道傾斜角度為0°時管內(nèi)傳熱系數(shù)最大的，其次為-30°和30°。重力作用下浮升力不可以忽略，重力加速度越小，傾斜角度對傳熱系數(shù)的影響越小。二次流可以明顯的增強換熱，通過水平管中浮升力判據(jù)，得到了浮升力對對流換熱的影響規(guī)

4、律。
　　通過對恒熱流加熱時超臨界CO2在螺旋管內(nèi)湍流對流換熱進行研究，分析管內(nèi)不同截面處速度、溫度、湍動能以及湍流有效粘度的變化情況，研究浮升力對管內(nèi)流動和換熱的影響規(guī)律。結(jié)果表明管內(nèi)流體的最大流動速度出現(xiàn)在右側(cè)底部，軸線速度沿流動方向逐漸增加，上部分流體溫度高于下部分，軸線湍動能以及有效粘度都呈現(xiàn)出M型分布，湍動能在壁面處較大且沿流動方向逐漸增加，沿流動方向有效粘度逐漸減小，平均傳熱系數(shù)在靠近入口處先降低后升高，升高到峰值后又