基于有机朗肯循环余热回收系统的换热器结构数值研究

发布时间：2017-10-17 08:53

  本文关键词：基于有机朗肯循环余热回收系统的换热器结构数值研究

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【摘要】：本文借助CFD软件研究了适用于中低温有机朗肯余热发电系统的高效换热器。由于有机工质(R113)在换热器中发生液态单相对流换热、沸腾换热以及气态单相对流换热三个不同过程。本文首先研究了波节管结构尺寸变化对单相液态R113的流动和换热性能的影响。随后研究了在单相气态R113在波节管中的流动换热性能,并对比了波节管同结构参数下,液态工质和气态工质的流动和换热性能。最后研究了波节管内有机工质发生沸腾换热时的流动和换热性能。具体研究过程如下：(1)介绍了波节管的物理模型,其次建立了波节管的数学模型,并对网格无关性进行分析,以确保网格对计算结果准确性的影响可以忽略。引入了综合换热性能评价指标η来衡量波节管的综合换热性能。分别用雷诺应力模型(RSM).RNGk-ε模型、标准κ-ε模型和Realizable k-ε模型模拟了相同网格条件下光管的流动和换热性能。并将计算结果与经验公式进行对比,发现RSM模型计算结果与经验公式最为接近,确定本文选用RSM模型。(2)计算了不同的波距P、波深H、波谷半径r下,对称式波节管的流动和换热性能。并从波节管内的流型、压力分布、湍动能、湍流耗散以及速度云图等角度分析了波距P、波深H、波谷半径r对波节管综合换热性能的影响。分析结果表明当波距P=40mm,波深H=4mm,波谷半径r=5mm时,波节管的综合换热性能η最高。(3)计算了大波谷半径位于来流侧和去流侧时非对称式波节管的流动换热性能。通过计算和对比分析,得出当大波谷半径位于来流侧时,波节管综合换热性能最佳。同时又对比了液态R113和气态R113在非对称式波节管内的流动换热特性。结果表明,在相同入口速度下,非对称式波节管更适合气体的强化换热。(4)从流动和传热特性上分析了波节管强化换热效果的内在机理。并结合场协同原理,解释了波节管相对于光管,其换热性能较佳的内在因素。(5)研究了R113在波节管内发生沸腾换热过程的传热和流动性能,并将其换热性能与光管发生沸腾换热时进行对比分析,结果表明波节管在沸腾过程中表面换热系数明显高于光管,而且其沸腾恶化点也相对光管滞后。波节管在很大程度上有利于工质的沸腾吸热,但同时压降损失比光管明显增大。
【关键词】：波节管 强化换热 有机工质 沸腾换热 湍流强度 数值计算
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM617
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 应用背景与研究意义10-11
• 1.2 强化换热技术11-12
• 1.3 国内外强化换热元件研究现状12-15
• 1.3.1 国内外管内强化换热研究现状12-14
• 1.3.2 国内外外管束研究现状14-15
• 1.4 国内外管内流动沸腾换热研究现状15-16
• 1.5 本课题的提出16-17
• 1.6 本课题的研究内容17-19
• 第2章 外凸式波节管传热与流动数值模型建立19-30
• 2.1 CFD简介及特点19
• 2.2 换热器物理模型19-21
• 2.3 数学模型21-25
• 2.3.1 湍流模型21-23
• 2.3.2 控制方程23
• 2.3.3 RSM模型23-24
• 2.3.4 Fluent计算设置24-25
• 2.4 数值模型验证25-28
• 2.4.1 换热性能评价指标25-26
• 2.4.2 网格无关性分析26-27
• 2.4.3 模型验证27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 对称式波节管结构尺寸对流动换热性能的影响30-47
• 3.1 物理模型和网格离散化30-31
• 3.1.1 物理模型30
• 3.1.2 网格划分方法30-31
• 3.2 计算结果及分析31-46
• 3.2.1 波距P对流动换热的影响31-36
• 3.2.2 波深H对流动换热的影响36-41
• 3.2.3 波谷半径r对流动换热的影响41-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 非对称式波节管结构尺寸对流动换热性能的影响47-58
• 4.1 物理模型47
• 4.2 计算结果及分析47-57
• 4.2.1 大波谷半径位于来流侧(r_l>r_s)47-52
• 4.2.2 大波谷半径位于去流侧(r_l52-56
• 4.2.3 气、液流动传热性能对比研究56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 单相换热情况下波节管强化传热机理分析58-65
• 5.1 流动特性分析58-60
• 5.1.1 速度分布特性研究58-59
• 5.1.2 压力分布特性研究59-60
• 5.2 传热特性分析60-62
• 5.2.1 局部努赛尔数分布60-61
• 5.2.2 湍流特性分析61-62
• 5.3 光管与波节管场协同性分析62-63
• 5.4 本章小结63-65
• 第6章 波节管内沸腾流动传热特性65-72
• 6.1 沸腾换热特性65-66
• 6.2 管内强制对流换热特性66-67
• 6.3 多相流数值模拟67-70
• 6.3.1 mixture模型简介67-68
• 6.3.2 蒸发冷凝模型68-69
• 6.3.3 模型验证69-70
• 6.4 计算结果及分析70-71
• 6.5 本章小结71-72
• 第7章 结论与展望72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果78-79
• 致谢79

【参考文献】

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1 路广遥;管束通道内单相及两相沸腾换热特性及流动特性的研究[D];上海交通大学;2008年

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本文编号：1047913