浮升力對(duì)加熱螺旋管內(nèi)超臨界CO2換熱影響的數(shù)值分析.pdf

1、隨著大功率的電子設(shè)備在航空和軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)環(huán)境控制系統(tǒng)提出了更高的要求。而溫度控制對(duì)飛行器、航空設(shè)備及航空工作人員是至關(guān)重要的技術(shù)之一。由于航空器在實(shí)際中遭受到超重力和微重力的影響，因此研究者對(duì)超重力或微重力換熱的研究越來(lái)越關(guān)注。
　　目前，對(duì)超重力或微重力條件下的換熱實(shí)驗(yàn)和模擬研究多集中于兩相流換熱過(guò)程。超臨界流體如航空煤油、CO2、H2O，N2等在超重力和微重力條件下?lián)Q熱特性鮮有報(bào)道。在超重力或微重力的環(huán)境下，由于

2、重力環(huán)境的不同導(dǎo)致浮升力的劇烈變化是影響流體換熱特性改變的主要因素。由于地球表面上實(shí)驗(yàn)條件的限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)非重力條件的實(shí)驗(yàn)研究，因此，本文采用數(shù)值模擬的方法探索在非正常重力條件下，浮升力對(duì)超臨界CO2在螺旋管中換熱影響特性和機(jī)理。
　　在超重條件下，相當(dāng)于抑制了離心力因素的干擾，凸顯了浮升力本質(zhì)特征，而在失重條件下，浮升力作用非常小，凸顯了離心力的作用。另外，在航空器的飛行方向不是固定的。因此，本文通過(guò)采用不同流動(dòng)方向和超重力或微重

3、力的方式，對(duì)超臨界CO2在螺旋管中的換熱開(kāi)展研究理論研究。
　　在本課題研究中，我們應(yīng)用兩種不同幾何模型的螺旋管，針對(duì)加熱條件下流體在螺旋管中的研究現(xiàn)狀，通過(guò)湍流模型的對(duì)比最終選取重整化群 RNG k模型，并應(yīng)用此模型與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均偏差為0.27％。
　　首先，采用改變流向的方法對(duì)水平和豎直流動(dòng)方向螺旋管內(nèi)的換熱進(jìn)行數(shù)值模擬，探知浮升力對(duì)流體換熱的影響與流動(dòng)方向之間的相互關(guān)系。研究了質(zhì)

4、量流率、進(jìn)口壓力、熱通量以及不同流向?qū)ΤR界 CO2換熱和壓降的影響，并進(jìn)一步分析變物性、浮升力和離心力在不同流動(dòng)方向上對(duì)螺旋管中換熱的耦合作用。
　　然后，研究了在豎直流動(dòng)方向和水平流動(dòng)方向上不同重力對(duì)超臨界 CO2換熱和壓降的影響，通過(guò)分析截面二次流動(dòng)的形態(tài)剖析浮升力與離心力的耦合作用對(duì)換熱影響的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)：重力分別為0.5g、g和2g的換熱系數(shù)隨著重力的增加，在準(zhǔn)臨界溫度之前的換熱系數(shù)也相應(yīng)增加，并且在準(zhǔn)臨界溫度處換熱系