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超临界CO2在螺旋管内换热特性研究
| 论文题名： | 超临界CO2在螺旋管内换热特性研究 |
| 关键词： | 超临界CO2;螺旋管;数值模拟;换热特性;汽车空调 |
| 摘要： | 环境友好型工质 CO2具有优异的热物性，无毒性和不可燃等特性，被应用于汽车空调、水解、核反应堆和航空航天工程等领域。新型螺旋式气体冷却器作为超临界空调的一个重要部件而备受关注。螺旋式气体冷却器不仅结构紧凑，而且避免了气体冷却器中的液体泄漏到循环系统中，从而引起压缩机等部件的报废。螺旋式结构使 CO2与液体之间的换热有较大的提高，因此螺旋式气体冷却器非常适合应用于CO2热泵。研究超临界CO2在螺旋管中的换热特性和机理有助于气体冷却器的设计和优化。因此，本文拟采用实验及数值模拟的方法研究超临界 CO2在螺旋管中的换热特性和机理。 开展了超临界CO2在螺旋管(l=560mm, d=4mm, R=36mm,2πb=34mm)内的冷却换热实验研究，分析了质量流率、压力、热流密度和浮升力对换热的影响。超临界压力导致 CO2的热物性变化而影响其在冷却螺旋管中的换热，随着压力增加，换热系数的峰值下降较大。壁面热流密度通过影响 CO2热物性的径向分布而影响换热，随着壁面热流密度的增加准临界区域内的换热下降，而似液体区域的换热几乎不变。 实验对比研究竖直螺旋管和水平螺旋管内换热特性，结果表明浮升力导致水平螺旋管的换热系数高于竖直螺旋管，浮升力对换热的影响不能忽略。在此基础上，综合评估了三种浮升力参数Bup、Grth/Grq和Ri在预测浮升力影响方面的准确度。三种参数均高估了浮升力的影响，且不能很好地预测沿程浮升力变化趋势。 开展了超临界 CO2在螺旋管内冷却和加热条件下换热的数值模拟研究。采用了SST模型、标准k??模型和 RNG k??模型计算结果与实验进行比较。SST模型能较好地预测超临界CO2在加热和冷却螺旋管中的换热特性。采用SST模型模拟分析超临界 CO2在加热和冷却螺旋管中的换热系数。研究工况中，冷却条件下的换热系数高于加热条件下的换热系数。分析流场云图，表明壁面热流密度通过影响cp的径向分布而影响换热。 |
| 作者： | 王开正 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 刘朝;徐肖肖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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