基于有機(jī)朗肯循環(huán)余熱回收系統(tǒng)的換熱器結(jié)構(gòu)數(shù)值研究.pdf

1、本文借助CFD軟件研究了適用于中低溫有機(jī)朗肯余熱發(fā)電系統(tǒng)的高效換熱器。由于有機(jī)工質(zhì)(R113)在換熱器中發(fā)生液態(tài)單相對流換熱、沸騰換熱以及氣態(tài)單相對流換熱三個不同過程。本文首先研究了波節(jié)管結(jié)構(gòu)尺寸變化對單相液態(tài)R113的流動和換熱性能的影響。隨后研究了在單相氣態(tài)R113在波節(jié)管中的流動換熱性能，并對比了波節(jié)管同結(jié)構(gòu)參數(shù)下，液態(tài)工質(zhì)和氣態(tài)工質(zhì)的流動和換熱性能。最后研究了波節(jié)管內(nèi)有機(jī)工質(zhì)發(fā)生沸騰換熱時的流動和換熱性能。具體研究過程如下:

2、r>　　(1)介紹了波節(jié)管的物理模型，其次建立了波節(jié)管的數(shù)學(xué)模型，并對網(wǎng)格無關(guān)性進(jìn)行分析，以確保網(wǎng)格對計算結(jié)果準(zhǔn)確性的影響可以忽略。引入了綜合換熱性能評價指標(biāo)η來衡量波節(jié)管的綜合換熱性能。分別用雷諾應(yīng)力模型(RSM)、RNGk-ε模型、標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和Realizable k-ε模型模擬了相同網(wǎng)格條件下光管的流動和換熱性能。并將計算結(jié)果與經(jīng)驗公式進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)RSM模型計算結(jié)果與經(jīng)驗公式最為接近，確定本文選用RSM模型。
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3、)計算了不同的波距P、波深H、波谷半徑r下，對稱式波節(jié)管的流動和換熱性能。并從波節(jié)管內(nèi)的流型、壓力分布、湍動能、湍流耗散以及速度云圖等角度分析了波距P、波深H、波谷半徑r對波節(jié)管綜合換熱性能的影響。分析結(jié)果表明當(dāng)波距P=40mm，波深H=4mm，波谷半徑r=5mm時，波節(jié)管的綜合換熱性能η最高。
　　(3)計算了大波谷半徑位于來流側(cè)和去流側(cè)時非對稱式波節(jié)管的流動換熱性能。通過計算和對比分析，得出當(dāng)大波谷半徑位于來流側(cè)時，波節(jié)管綜合

4、換熱性能最佳。同時又對比了液態(tài)R113和氣態(tài)R113在非對稱式波節(jié)管內(nèi)的流動換熱特性。結(jié)果表明，在相同入口速度下，非對稱式波節(jié)管更適合氣體的強(qiáng)化換熱。
　　(4)從流動和傳熱特性上分析了波節(jié)管強(qiáng)化換熱效果的內(nèi)在機(jī)理。并結(jié)合場協(xié)同原理，解釋了波節(jié)管相對于光管，其換熱性能較佳的內(nèi)在因素。
　　(5)研究了R113在波節(jié)管內(nèi)發(fā)生沸騰換熱過程的傳熱和流動性能，并將其換熱性能與光管發(fā)生沸騰換熱時進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明波節(jié)管在沸騰過程中