纳米流体在ORC中的传热特性研究

发布时间：2020-11-02 19:00

　　 传热传质一直以来是工程热物理研究的热点,而微纳米尺度的传热传质在近年来也得到了有利的发展。目前,微纳米尺度的应用也在不断提升,而强化微纳米尺度的换热是一个重要的方向。本文采用纳米流体作为有机朗肯循环(ORC)对低温余热高效回收利用的循环工质,通过研究纳米流体相关特性,采用计算、实验和模拟的手段,建立相关模型,分析研究Cu、Al_2O_3纳米流体在ORC中的传热传质性能。主要结论如下:(1)通过理论和编程模拟分析了纳米颗粒在ORC中的系统性能,建立纳米有机工质传热的计算模型,以R123、R141b、R245fa为有机工质和以Cu、Al_2O_3为纳米颗粒制成的纳米流体为ORC循环工质进行计算研究,结果表明,纳米颗粒的充入对系统净输出功率、热效率和?效率都有所提高,且随着纳米体积分数的增加而增加。其中Cu/R245fa和Al_2O_3/R245fa纳米混合工质对系统净输出功率的影响表现最好,当蒸发温度为367K左右时,Cu/R245fa(0.1%)和Al_2O_3/R245fa(0.1%)相较于其0.001%的浓度净输出功率分别提高了5.0%和4.1%。当蒸发温度为377K左右时,Cu/R141b(0.1%)和Al_2O_3/R141b(0.1%)系统的热效率相对于采用纯工质分别增加2%和1.5%。当蒸发温度为372K时,Cu/R245fa(0.1%)和Al_2O_3/R245fa(0.1%)系统的?效率相对于采用纯工质分别增加9.5%和10.7%。(2)通过对纳米流体沸腾换热的机理和实验研究,以壁面热通量拆分模型为基础,运用气泡动力学参数关联式,探讨了壁面过热度、热流密度对纳米流体池沸腾传热特性的影响。结果表明,热流密度随着壁面过热度的增大而增大,并且,在相同壁面过热度下,热流密度随着纳米颗粒体积浓度的增大而增大。相对于纯流体而言,添加Al_2O_3-H_2O纳米颗粒会显著增加纳米流体的传热系数,且纳米颗粒的体积浓度越大传热系数也越大。随着过热度的增大,活化核心密度增大,气泡吸收的热量增多,对流换热增强,气泡脱离直径增大,气泡脱离频率也变快。(3)运用格子玻尔兹曼理论模拟纳米流体在水平圆管内的流动与换热,研究分析不同纳米颗粒体积分数和纳米颗粒粒径对纳米流体平均努塞尔数的影响。结果表明,对于相同位置的纳米流体,随着纳米颗粒体积分数越大,粒径越小,其平均Nusselt数越大,即换热强度越大。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK124;TB383.1
【部分图文】：

图 2.1 纳米流体在 ORC 中的传热传质研究试验平台机工质的计算方法种物质都有其固有的属性和状态，对于有机工质而言，不同状态也是多种多样的，如何用固有的属性定义其在不同时刻下的状态质的循环中，一般可以通过查表法和计算法获得，对于新型工质态方程以及试验和经验公式通过计算获得相对准确的联合状态方方程是基于热力学模型和试验模型相结合获得的 P-V-T 的联合公程可以在只了解其它状态参数的情况下，计算得到其余的状态参方程主要有：BWRS 方程、Peng-Robinso（PR）方程、Harmens-Knedlick-Kwong（RK）方程等。对于不同的工质其混合规则也有多种idal（ HV）混合规则、LCVM 混合规则、van der Waals（ vdW）混合aals covolume（ VWC）混合规则等[66-72]。

图 2.2 低温余热回收有机朗肯循环示意图和 T-S 图蒸发器换热量（KW）计算如下：9 10 9 10 1 4( ) ( )z gQ m h h m h h (2式中，1h 和4h 分别为工质在蒸发器出口和预热器进口的焓值 ( kJ / kg )；9h 和别为低温热源进口和出口的焓值 ；gm 为工质的质量流量 ( kg / s )；zm 为热源的质量流量 。工质泵的功耗（KW）计算如下：4 3( ) /P g pW m h h (2式中，3h 和 分别为工质泵进口和出口工质的焓值 ，p 为工质泵的。冷凝器的换热量（KW）计算如下：2 3( )cw g aQ m h h(2

其中包括静电斥力和范德华吸引力。朗扩散力，主要受到纳米流体中纳米颗粒的尺度 微米的纳米颗粒会产生很大影响。这些力使纳米任何对纳米颗粒分布的描述都是时均的。米流体作用在纳米颗粒上的粘性力以及纳米颗比于纳米颗粒与周围纳米流体之间的局部速度差粒的尺寸小于 100nm 甚至更小浓度更大时，纳米米流体内部的动量能量交换也大大增强，最终使流体粘度增大的主要因素之一。纳米流体相同体积分数条件下，随着纳米颗粒尺将会大大缩小，纳米颗粒之间的表面力同时也会相互作用，最终导致纳米流体粘度增大。在纳米米流体的粘度会显著增大。
【参考文献】

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本文编号：2867438