AMTEC多孔芯冷凝器凝结传热特性的参数分析

发布时间：2017-09-02 19:06

  本文关键词：AMTEC多孔芯冷凝器凝结传热特性的参数分析

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【摘要】：碱金属热电直接转换器(Alkali Metal Thermal to Electric Converter,AMTEC)是一种热电直接转换装置,主要由蒸发器、BASE(β"-alumina solid electrolyte,β"氧化铝固体电解质)管、冷凝器、液体回流通道、高低压腔五部分组成。其中,冷凝器作为碱金属热电直接转换器的重要部件之一,对整个系统中工质能否高效循环具有至关重要的作用。钠蒸气在多孔芯冷凝器内高效凝结是AMTEC进行自循环的保证,也是控制系统整体质量的一项措施。寻找影响冷凝器工作性能的相关参数,研究各参数对冷凝效果的影响趋势及大小,为冷凝器的结构设计及运行参数的确定提供理论指导,进而对AMTEC的发展和应用有着重要理论价值和实践意义,此外也可丰富和发展多孔介质内凝结传热和流动特性理论研究。本课题在合理简化假设的基础上,对AMTEC中的多孔芯冷凝器建立物理数学模型;借助理论推导及数值计算手段,得到液膜厚度、局部努塞尔特数分布,揭示AMTEC中工质钠在毛细芯冷凝器内冷凝时的热质传输基本规律;对比分析辐射、惯性力等对冷凝效果的影响规律;分析结构参数(回流通道距冷凝器顶端的长度H、冷凝器内外径2r1、2r2)、运行参数(BASE管温度TB、冷凝温差ΔT)、物性参数(有效导热系数λe)、工质种类(钠、钾)对冷凝器热质传输特性的影响规律。研究表明,在不考虑冷凝液与壁面间的润湿作用时,冷凝器内液膜呈现“中间薄,周围厚”的趋势。辐射换热可使液膜厚度δ减小,努塞尔特数Nu增大,并且在一定工况下是否考虑辐射使得液膜厚度及平均努塞尔特数Nu的变化率均相差10%以上。同时,随着有效导热系数λe及冷凝温差ΔT的减小,回流通道距冷凝器顶端的长度H和冷凝器内外半径r1、r2的降低,BASE管温度TB的升高,都会造成液膜厚度δ减小、凝结传热的平均努塞尔特数Nu增大,但增大程度受其它因素的影响。此外,液体钠在多孔芯冷凝器内流动时所受惯性力较小,可忽略。最后,本文对钠、钾两种工质进行对比,结果显示,同等条件下,钾的凝结厚度略大于钠,凝结传热效果略弱于钠,这与工质的物性参数有关。
【关键词】：碱金属热电转换器 冷凝器 多孔介质 凝结传热 理论分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 主要符号表8-9
• 1 绪论9-29
• 1.1 课题背景及意义9-11
• 1.2 AMTEC介绍及研究现状11-17
• 1.2.1 AMTEC介绍11-15
• 1.2.2 AMTEC国内外研究现状15-17
• 1.3 多孔介质研究理论及其上蒸汽冷凝研究现状17-27
• 1.3.1 多孔介质研究基本模型和理论基础17-23
• 1.3.2 多孔介质上蒸汽冷凝研究现状23-27
• 1.4 本课题的研究目的与内容27-29
• 2 物理数学模型29-43
• 2.1 物理模型29-30
• 2.2 数学模型30-35
• 2.3 数值求解35-36
• 2.4 计算模型参数的确定36-40
• 2.4.1 凝结过程主要运行参数的确定37
• 2.4.2 工质的选取37
• 2.4.3 多孔介质物理属性的确定37-38
• 2.4.4 换热模型的选取38-39
• 2.4.5 系统结构尺寸及系统发射率的确定39-40
• 2.5 模型有效性验证40-43
• 3 结果分析与讨论43-61
• 3.1 辐射传热的影响43-45
• 3.2 BASE管温度TB的影响45-47
• 3.3 冷凝温差 ΔT的影响47-49
• 3.4 惯性的影响49-51
• 3.5 有效导热系数 λ_e的影响51-53
• 3.6 结构参数影响53-59
• 3.6.1 冷凝器与液体回流通道连接处高度H的影响53-55
• 3.6.2 外径 2r_2的影响55-57
• 3.6.3 内径 2r_1的影响57-59
• 3.7 工质的影响59-61
• 4 结论与展望61-63
• 4.1 结论61-62
• 4.2 展望62-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-71
• 附录71
• A.作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果71
• B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张来福;倪秋芽;童建中;;碱金属热电转换器(AMTEC)的电极极化过程分析[J];太阳能学报;2005年06期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张勋;结合AMTEC的小型自然循环快堆的关键技术研究[D];华北电力大学;2015年

2 张来福;钠钾工质碱金属热电转换器的基础研究[D];中国科学院研究生院（电工研究所）;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 宋志佳;AMTEC毛细泵内工质通流特性研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

2 刘邦宇;AMTEC热损失分析研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

3 曹宝喜;基于AMTEC太阳能热发电的毛细芯蒸发器内的热质传输特性[D];重庆大学;2011年

4 张松;AMTEC通流性能研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

5 邓顿;AMTEC热损失数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 张宝岭;AMTEC多级毛细泵数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

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本文编号：780328