超臨界CO2管內(nèi)冷卻換熱的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自然工質(zhì)CO2的采用對(duì)于減少臭氧層破壞、降低溫室效應(yīng)以及促進(jìn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。由于CO2臨界溫度為31.1℃,臨界壓力為7.38MPa,在當(dāng)前采用的跨臨界循環(huán)中,CO2在氣體冷卻器中是以超臨界狀態(tài)放熱。目前尚無(wú)統(tǒng)一的公認(rèn)關(guān)聯(lián)式來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)超臨界CO2在管內(nèi)的冷卻換熱和壓降特性。因此本文采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,研究超臨界CO2在氣體冷卻器管內(nèi)的傳熱特性,為提高氣體冷卻器的性能,以及提高CO2跨臨界循環(huán)的性能提供

2、依據(jù)。
　　根據(jù)CO2的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱和動(dòng)力粘度的變化規(guī)律,將超臨界區(qū)域劃分為超臨界起始區(qū)和主超臨界區(qū)兩部分。在超臨界起始區(qū),CO2的物性參數(shù)變化非常劇烈,對(duì)換熱影響巨大,使換熱系數(shù)在超臨界起始區(qū)的變化幅度很大并且在準(zhǔn)臨界點(diǎn)處達(dá)到峰值,但在主超臨界區(qū)變化幅度很小。
　　以套管式氣體冷卻器為例,采用分布參數(shù)法和集總參數(shù)法相結(jié)合的方法建立了氣體冷卻器的模型。采用EES軟件進(jìn)行仿真計(jì)算,結(jié)果表明:CO2的溫度、質(zhì)量流量、冷卻

3、水流量和高壓側(cè)壓力的變化對(duì)換熱和壓降的影響很大。隨著CO2溫度的升高,換熱系數(shù)在超臨界起始區(qū)域內(nèi)先是迅速增大,在準(zhǔn)臨界點(diǎn)處達(dá)到峰值,之后迅速減小,到了主超臨界區(qū)域變化極為緩慢;換熱系數(shù)隨CO2質(zhì)量流量和冷卻水流量的增大而增大;換熱系數(shù)隨壓力的變化趨勢(shì)比較復(fù)雜,在超臨界起始區(qū)隨壓力的增大而增大,但在主超臨界區(qū),換熱系數(shù)隨壓力的增大反而減小;壓降隨著CO2質(zhì)量流量增大而增大,但最大僅占系統(tǒng)運(yùn)行壓力1.2％,相對(duì)較小。
　　然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)