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水平微通道内超临界压力r134a流动传热特性研究

水平微通道内超临界压力R134a流动传热特性研究

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作者：马祖浩西安理工大学

学位级别：硕士

超临界有机朗肯循环(Supercritical Organic rankinecycle,SOrC)是回收中低品位能源较理想的新型动力循环技术之一,而超临界有机工质传热特性严重影响系统能效,成为制约有机朗肯循环技术发展的关键因素。鉴于此,本文采用实验与数值模拟... 详细信息

超临界有机朗肯循环(Supercritical Organic rankinecycle,SOrC)是回收中低品位能源较理想的新型动力循环技术之一,而超临界有机工质传热特性严重影响系统能效,成为制约有机朗肯循环技术发展的关键因素。鉴于此,本文采用实验与数值模拟相结合的方式,研究了水平微小通道内超临界压力r134a的流动传热特性,并分析了并联管路流量分配特性,主要研究内容如下:(1)搭建了超临界有机工质流动传热实验平台,开展了超临界压力r134流动传热特性实验,探究其传热系数和压降变化规律。质量流速范围600-2400kg/(m2·s)、热流密度为60-120kW/m2、压力范围为4.1-5.0MPa、入口温度为20-80℃。结果表明:超临界压力r134a传热系数具有峰值特性,峰值在拟临界区附近。质量流速越大,热流密度和压力越小,r134a换热能力越强。在q/G较大条件下,压强与HTC(传热系数)呈负相关。q/G较小条件下,HTC对压力变化不敏感。随着质量流速、压强、热流密度增加,压降也随之增加,同时在拟临界区附近出现压降平缓区。通过实验数据拟合得到了超临界压力r134a的传热关联式,其预测误差在±10%以内,具有较好准确性。(2)开展了超临界压力r134a并联管路流量分配特性实验,探究其流动特征。结果表明:超临界流体在并联管内加热时,会产生静态不稳定现象,导致流量漂移,进而引发流量分配不均。减小流量与增大流量时,流量漂移的路径各异,表现出明显的迟滞特性。在均匀加热条件下,入口温度越大,流量分配越均匀;流量分配比对压力变化不敏感;中热流密度条件下流量分配比最大,大热流密度的流量分配比次之,小热流密度下流量分配比最小。在不均匀加热条件下,加热比越小、压力越大,热流密度越小,并联流量分配越均匀。(3)开展了水平管内超临界压力r134a传热特性数值模拟,并与实验数据进行了对比验证,入口温度20-80℃,压力范围为4.1-7.0MPa。结果表明:沿程流体温度逐渐升高,管壁附近的流体温度高于管中心,而管中心流体的温度上升速度却显著快于管壁附近流体。大质量流速显著减缓上下壁面换热恶化现象,并提升换热能力。同时,热流密度与压力的减小能明显强化流体在拟临界区的换热能力。通过比较,数值模拟结果与实验结果的偏差在±10%以内,验证了计算结果的准确性。

关键词：微小通道超临界压力r134a 传热特性流量分配传热关联式

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