超臨界CO2在螺旋管內(nèi)換熱特性研究.pdf

1、環(huán)境友好型工質(zhì) CO2具有優(yōu)異的熱物性，無(wú)毒性和不可燃等特性，被應(yīng)用于汽車空調(diào)、水解、核反應(yīng)堆和航空航天工程等領(lǐng)域。新型螺旋式氣體冷卻器作為超臨界空調(diào)的一個(gè)重要部件而備受關(guān)注。螺旋式氣體冷卻器不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且避免了氣體冷卻器中的液體泄漏到循環(huán)系統(tǒng)中，從而引起壓縮機(jī)等部件的報(bào)廢。螺旋式結(jié)構(gòu)使 CO2與液體之間的換熱有較大的提高，因此螺旋式氣體冷卻器非常適合應(yīng)用于CO2熱泵。研究超臨界CO2在螺旋管中的換熱特性和機(jī)理有助于氣體冷卻器的設(shè)計(jì)

2、和優(yōu)化。因此，本文擬采用實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬的方法研究超臨界 CO2在螺旋管中的換熱特性和機(jī)理。
　　開展了超臨界CO2在螺旋管(l=560mm, d=4mm, R=36mm,2πb=34mm)內(nèi)的冷卻換熱實(shí)驗(yàn)研究，分析了質(zhì)量流率、壓力、熱流密度和浮升力對(duì)換熱的影響。超臨界壓力導(dǎo)致 CO2的熱物性變化而影響其在冷卻螺旋管中的換熱，隨著壓力增加，換熱系數(shù)的峰值下降較大。壁面熱流密度通過(guò)影響 CO2熱物性的徑向分布而影響換熱，隨著壁面熱流密

3、度的增加準(zhǔn)臨界區(qū)域內(nèi)的換熱下降，而似液體區(qū)域的換熱幾乎不變。
　　實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究豎直螺旋管和水平螺旋管內(nèi)換熱特性，結(jié)果表明浮升力導(dǎo)致水平螺旋管的換熱系數(shù)高于豎直螺旋管，浮升力對(duì)換熱的影響不能忽略。在此基礎(chǔ)上，綜合評(píng)估了三種浮升力參數(shù)Bup、Grth/Grq和Ri在預(yù)測(cè)浮升力影響方面的準(zhǔn)確度。三種參數(shù)均高估了浮升力的影響，且不能很好地預(yù)測(cè)沿程浮升力變化趨勢(shì)。
　　開展了超臨界 CO2在螺旋管內(nèi)冷卻和加熱條件下?lián)Q熱的數(shù)值模擬研究。