超临界二氧化碳微管内对流传热研究

发布时间：2020-05-11 18:42

【摘要】：众所周知,随着全球温室效应的不断加重,二氧化碳的排放及处理已成为当今社会备受关注的话题。CFC(氟氯烃:Chloro Fluoron Carbon)等传统制冷工质作为温室效应和破坏臭氧层的始作俑者,在制冷行业当中的地位正受到日益严峻的威胁。科技的发展让人们对二氧化碳优良热力学特性及其超临界态有了更深的认识,并且作为制冷工质,二氧化碳也是一种安全、环保、健康、经济并且储量丰富的绿色天然流体。在日益发展的汽车空调、商业制冷、超级计算机冷却等行业中,二氧化碳以其独特的优势拥有极为广阔的应用前景。目前,国际上对超临界二氧化碳微管内的流动换热研究还停留在起步阶段,更多的研究集中在对二氧化碳圆管中流动的实验研究。因此,对超临界二氧化碳在微管道内流动传热数值模拟的研究慢慢成为广大科研工作者关注的重点。本文首先讨论了重力存在与否的条件下热浮升力对二氧化碳微管内流动换热速率的影响;然后在不改变流动状态的前提下,计算不同管径(0.50mm、1.00mm、1.75mm、2.80mm)内超临界二氧化碳对流换热速率变化情况;最后将复杂的岩层结构简化为由均匀分布球体所构成的多孔介质模型,通过探讨二氧化碳在固体球体间流动特性来反映或表征地壳页岩气置换过程中岩层中二氧化碳的流动换热特点;随后主要讨论了进口处流体温度和流速对超临界二氧化碳多孔介质内流动特性以及换热性能的影响。研究结果表明:])超临界流体具有特殊热物理属性,其状态临界点附近的物性变化剧烈。在层流状态下,临界点附近的二氧化碳热物理性质剧烈变化导致产生显著的浮生力,进而产生二次流动强化管内传热。随着流动继续,当流体达到稳态发展流时,二氧化碳的换热性质达到和常物性流体一致。2)随着管径不断增粗,圆管相同位置处的横截面上最大轴向速度偏心程度越大,从z = 50mm演变到z = 200mm,壁面切应力收敛梯度越小,即对流换热强度变弱,热平衡速率变小;换言之,管径越小,对流换热强度越大,热平衡速率越快。3)通过改变流体进口处的温度和流速,分析流动单元各物理量的变化以及换热情况。保持相同的进口流速,当进口温度升高时,系统粘性阻力变大,流体速度衰减程度变大;保持进口温度不变,进口流速变大时,温度的衰减程度减小,流体与固体壁面间的对流换热强度变大。进口流速和温度的增大都能够提高系统的对流换热的速率。而当进口流速增大到一定程度时,换热速率和温度不再呈现正(负)相关的分布,这与简化结构的圆球直径和临界点处二氧化碳特殊的物理性质有着密切关联。
【图文】：

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图１．３二氧化碳热泵系统逡逑

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图１．４邋Ｓ．邋Ｈｅ和Ｐｅｉ－Ｘｕｅ〗匕１＾［４６］等人实验测试结构模型逡逑２０１３邋年邋Ｊ．Ｗ．Ｒ．Ｐｅｅｔｅｒｓ，邋Ｃ．Ｔ’Ｊｏｅｎ，，Ｍ．Ｒｏｈｄｅ［２１］等人研宄了邋超临界二氧化碳和水逡逑
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124

【参考文献】