超临界二氧化碳在竖直圆管内流动传热特性实验研究

发布时间：2020-07-13 01:04

【摘要】：超临界CO2(简称S-CO2)做为循环工质的燃煤火力发电近年来引起了人们的极大关注,以CO2取代水,利用CO2化学性质不活泼及密度大等优点,降低对材料的苛刻要求,有效提高蒸汽温压参数和发电效率,大幅减小机组尺寸。利用CO2为工质实现制冷、供热或低温余热发电的技术已经成为国内外工程热物理领域的研究热点。CO2传热实验台的搭建和可靠运行对于各类跨临界C32系统及关键部件的设计都具有重要的现实意义。本实验通过实验台的搭建,来获取超临界二氧化碳在高温高压下的流动与传热特性。通过实验台的搭建采集大量的数据,应用于以CO2为工质的单相、两相及超临界流体的流动与传热特性研究,对其他传热实验台的搭建也起借鉴的作用。在压力 P=8.2-20.2 MPa,质量流速G=512.7-1524.4 kg/(m2s),热流密度qw=49.7-200kW/m2时对二氧化碳在内径为10mm,长度为2000mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管中进行了传热特性的实验研究。分析了压力,质量流速,主流焓值和热流密度对传热特性的影响。实验结果表明壁温随着主流焓值,热流密度和压力的增加而增加,随着质量流速的增加壁温减小,传热系数的变化正好和壁温的变化趋势相反。在大热流,低质量流速的时候入口段壁温飞升,出现了传热恶化,在大热流,高压力和质量流速较高时其传热系数较大,则认为发生了强化传热。针对实验工况分别用Dittus-Boelter,Jackson和Bishop经验关联式进行了预测,其预测结果与实验结果进行对比,发现在Nu数较大的时候预测值相对实验值普遍偏小,在三个经验关联式中Bishop经验关联式预测的误差最小。对超临界二氧化碳在圆管内流动时的压降和摩擦系数也进行了实验研究。实验压力P=8-16 MPa,质量流速 G=1000-1525 kg/(m2.s),内壁热流密度qw=96.5-283.2 kW/m2。得到了不同工况下竖直圆管内流动阻力的变化规律,分析了压力、质量流速、主流焓值和热流密度对圆管内摩擦阻力的影响。实验结果表明摩擦压降随着质量流量和压力的增加而显着增加,特别是当主流焓值超过拟临界焓值后,其增加的速度变得更加剧烈,同时发现热流密度对摩擦压降的影响不是太大。对于预测常物性摩擦因子的经验关联式并不能预测超临界CO2的摩擦因子。因此提出了一个新的经验关联式,其实验数据在±20%误差带范围内占83.31%。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK124;TM621

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本文编号：2752735