超臨界二氧化碳在直管和螺旋管內(nèi)的傳熱特性研究.pdf

1、面對日益突出的能源短缺問題，提高暖通空調(diào)換熱設(shè)備的效率變得尤為重要。超臨界CO2因其高效的換熱特性被廣泛應(yīng)用于空調(diào)及熱泵系統(tǒng)當(dāng)中。由于超臨界流體在擬臨界區(qū)熱物理參數(shù)會發(fā)生劇烈變化，使得其在直管和螺旋管內(nèi)的換熱過程變得非常復(fù)雜。本文運用數(shù)值模擬的方法對超臨界CO2在直管和螺旋管內(nèi)的對流傳熱過程進(jìn)行了研究，研究所得結(jié)論可為超臨界壓力換熱設(shè)備的設(shè)計與優(yōu)化提供參考。
　　首先，梳理了超臨界CO2管內(nèi)對流傳熱數(shù)值模擬所涉及到的相關(guān)背景和理論

2、，對超臨界流體的概念、對流傳熱的相關(guān)理論和流動與傳熱的數(shù)值模擬相關(guān)理論等內(nèi)容作了簡要介紹。
　　隨后，對等壁溫加熱條件下超臨界CO2在直管內(nèi)的對流傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬得出了超臨界CO2在直管內(nèi)不同截面處的溫度、速度、密度和二次流分布，運用浮升力判據(jù)評估了管內(nèi)浮升力的強(qiáng)度，結(jié)合場協(xié)同理論分析了超臨界CO2在直管內(nèi)的主流平均溫度、主流平均速度、局部對流傳熱系數(shù)、努謝爾特數(shù)、壁面摩擦系數(shù)等的變化規(guī)律，探討了入口雷諾數(shù)、壁面溫度、

3、管內(nèi)壓力、重力等因素的改變對超臨界CO2對流換熱的影響。研究結(jié)果表明:在擬臨界區(qū)，浮升力對傳熱的影響不可忽略;增大入口雷諾數(shù)和增大垂直于流動方向的重力加速度分量能夠強(qiáng)化直管內(nèi)的對流傳熱;增大壁面溫度會使對流傳熱系數(shù)到達(dá)峰值的位置略有提前;增大管內(nèi)壓力會使對流傳熱系數(shù)的峰值減小。
　　最后，對等壁溫加熱條件下超臨界CO2在螺旋管內(nèi)的對流傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬驗證了RNGκ-ε兩方程湍流模型在超臨界CO2于螺旋管內(nèi)對流傳熱模擬中

4、的適用性，得出了超臨界CO2在螺旋管內(nèi)對流換熱過程中溫度、速度和密度分布情況，總結(jié)了超臨界CO2在螺旋管內(nèi)的主流平均溫度、主流平均速度、局部對流傳熱系數(shù)等沿軸向角的變化規(guī)律，分析并評估了離心力、浮升力及變物性對超臨界CO2螺旋管內(nèi)流動傳熱的影響，討論了入口雷諾數(shù)、壁面溫度對螺旋管內(nèi)局部對流傳熱系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明:離心力的影響在整個對流傳熱過程均存在，浮升力的影響在流體離開擬臨界區(qū)之前不能忽略;當(dāng)軸向角ψ≤1035°時，bottom