AMTEC多孔芯冷凝器凝结传热特性的参数分析

作     者：楚权威 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖兰

授予年度：2016年

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：碱金属热电转换器 冷凝器 多孔介质 凝结传热 理论分析 

摘      要：碱金属热电直接转换器(Alkali Metal Thermal to Electric Converter,AMTEC)是一种热电直接转换装置,主要由蒸发器、BASE(β-alumina solid electrolyte,β氧化铝固体电解质)管、冷凝器、液体回流通道、高低压腔五部分组成。其中,冷凝器作为碱金属热电直接转换器的重要部件之一,对整个系统中工质能否高效循环具有至关重要的作用。钠蒸气在多孔芯冷凝器内高效凝结是AMTEC进行自循环的保证,也是控制系统整体质量的一项措施。寻找影响冷凝器工作性能的相关参数,研究各参数对冷凝效果的影响趋势及大小,为冷凝器的结构设计及运行参数的确定提供理论指导,进而对AMTEC的发展和应用有着重要理论价值和实践意义,此外也可丰富和发展多孔介质内凝结传热和流动特性理论研究。本课题在合理简化假设的基础上,对AMTEC中的多孔芯冷凝器建立物理数学模型;借助理论推导及数值计算手段,得到液膜厚度、局部努塞尔特数分布,揭示AMTEC中工质钠在毛细芯冷凝器内冷凝时的热质传输基本规律;对比分析辐射、惯性力等对冷凝效果的影响规律;分析结构参数(回流通道距冷凝器顶端的长度H、冷凝器内外径2r1、2r2)、运行参数(BASE管温度TB、冷凝温差ΔT)、物性参数(有效导热系数λe)、工质种类(钠、钾)对冷凝器热质传输特性的影响规律。研究表明,在不考虑冷凝液与壁面间的润湿作用时,冷凝器内液膜呈现“中间薄,周围厚的趋势。辐射换热可使液膜厚度δ减小,努塞尔特数Nu增大,并且在一定工况下是否考虑辐射使得液膜厚度及平均努塞尔特数Nu的变化率均相差10%以上。同时,随着有效导热系数λe及冷凝温差ΔT的减小,回流通道距冷凝器顶端的长度H和冷凝器内外半径r1、r2的降低,BASE管温度TB的升高,都会造成液膜厚度δ减小、凝结传热的平均努塞尔特数Nu增大,但增大程度受其它因素的影响。此外,液体钠在多孔芯冷凝器内流动时所受惯性力较小,可忽略。最后,本文对钠、钾两种工质进行对比,结果显示,同等条件下,钾的凝结厚度略大于钠,凝结传热效果略弱于钠,这与工质的物性参数有关。