一、超临界CO_2流体管内流动换热（论文文献综述）
蔡浩飞[1]（2021）在《超临界压力CO2冷却换热特性及毛细管换热器研究》文中进行了进一步梳理随着能源需求日益增长和环境可持续发展受到越来越多的重视,以二氧化碳为循环工质的超临界二氧化碳布雷顿循环发电和跨临界二氧化碳热泵以清洁高效、节能环保的特点展现出了广阔的应用前景,引起了广泛的关注。高压紧凑式换热器是超临界压力二氧化碳循环系统中的重要部件。一方面,超临界流体在临界点附近的物性剧变特点导致二氧化碳独特的管内流动换热特性,另一方面,非均匀热容、沿程换热及压降的多变特性使换热器的优化方法不同于常规换热器。此外,超临界压力二氧化碳的高压特性对换热器的强度提出了较高要求。毛细管换热器是一种新型高性能紧凑式换热器,在超/跨临界二氧化碳换热方面具有良好的承压能力和性价比。本文以毛细管换热器为主要研究对象,通过数值模拟与实验研究结合的方式,研究了超临界压力二氧化碳在微通道内的冷却换热机理,分析总结了毛细管束壳程流体流动换热规律,对不同二氧化碳换热关联式的工程实际应用的准确性进行了对比,并结合物性剧变的特点,针对换热器的夹点问题和流动传热性能的提升进行了综合优化,可为二氧化碳毛细管换热器的设计和应用提供理论支撑。主要结果如下。（1）采用数值模拟方法开展了超临界压力二氧化碳在恒热流壁面条件和耦合换热壁面条件下的冷却机理研究。沿程温度变化导致的导热、比热等物性剧烈变化引发了拟临界点附近边界层厚度的急剧减薄及底层传热特性的增强;密度变化在浮升力作用下导致二次流动,强化了上半部的换热,弱化了下半部的换热。超临界压力二氧化碳与冷却水在毛细管换热器耦合流动换热时,管外冷却介质的流动方式变化造成不同的内外耦合温度场,进一步对管内超临界压力二氧化碳换热和压降特性产生影响,其中,冷却水向下横掠方式中二氧化碳二次流速度大小比向上横掠高出5%。基于数值模拟结果,对已有的超临界压力二氧化碳冷却换热关联式和压降关联式准确性进行了对比分析,为换热器设计提供理论基础。（2）搭建了超临界压力二氧化碳换热器实验台,开展了超临界压力二氧化碳毛细管换热器的实验研究。结果表明,毛细管束下有折流板的壳程换热系数达到20000～30000 W·m-2·℃-1,相比无折流板提高3～4倍,并且毛细管束壳程换热系数可达到常规壳程换热关联式预测大小的2倍以上,拟合了适用于毛细管束壳程换热的关联式;利用新的壳程换热关联式,对超临界压力二氧化碳与壳程冷却介质的换热进行了分析。结果表明,已有的多个超临界压力二氧化碳关联式同实验结果均存在一定的误差,相比之下,Dang的关联式预测结果同当前毛细管换热器实验结果整体偏差小于10%,表明其应用于二氧化碳换热器实际设计时更为准确。超临界压力二氧化碳在管程进出口流量分配处更容易产生较大的压力损失,而管内的摩擦压降和加速压降相对较小。（3）建立了毛细管换热器整体内外耦合的流动换热模拟计算方法。该方法基于超临界压力二氧化碳的换热关联式和壳程流动的数值模拟计算,能够在保证整体计算准确性的基础上,有效降低计算量,节省计算消耗,适用于毛细管数量较多的换热器计算。模拟结果和本文实验结果对比表明,Dang的关联式相比其他关联式,能够获得更为可靠的毛细管换热器整体耦合换热分析。在有折流板的毛细管换热器中,折流板附近由于壳程流动特征的不同,会出现强化换热区和弱化换热区。在强化换热区中,由于壳程换热较强,导致壁温相对较低,管内二氧化碳更靠近临界点,因此管内换热同步增强,使得传热整体增强;在弱化换热区,由于壳程换热较弱,导致壁温相对较高,管内二氧化碳更远离临界点,因此管内换热同步降低,使得传热整体降低。不同换热区域热流密度相差达到4倍以上。（4）提出了针对剧变物性换热器的优化准则,并对超临界二氧化碳毛细管换热器进行了优化。变物性导致换热器内的温度曲线同常规换热器不同,流量分配不当易导致夹点传热恶化的出现,增加冷热介质流量比和降低冷却介质入口温度能有效避免夹点传热恶化问题。（?）耗散理论和效能研究表明,冷流体中间分流设计能够在避免夹点传热恶化的基础上,进一步降低冷却器的传热不可逆损失,提高冷却器效能。通过局部的内外换热和压降调整,提高各单元压降随换热面积的变化梯度的均匀性,能够有效减小总压降,进而降低泵功消耗。基于优化理论的指导,对超临界二氧化碳毛细管冷却器的折流板间距进行了重新布置,整体模拟结果表明,优化后的毛细管冷却器在传热量和传热面积不变的基础上,使壳程总压降降低了 10%。（5）对超临界压力二氧化碳在螺旋管内的流动换热和不同折流板形式的壳程流动换热进行了数值研究。离心力作用和密度变化导致超临界压力二氧化碳在管内横截面上呈现非均匀分布,造成内侧弱化、外侧强化的局部换热特性。螺旋管内二氧化碳整体换热相比直管提高10%以上;不同折流板形式在不同质量流速下的综合性能表现不同,需根据实际工况进行判断。协同角在一定程度上衡量了不同结构下的换热效果,对强化换热结构设计具有指导作用。本文针对超临界压力二氧化碳毛细管换热器,沿耦合换热单元-换热器整体-优化设计的路线,通过数值模拟和实验方法,系统研究了超临界压力二氧化碳冷却换热机理及毛细管换热器的传热与压降综合性能,对比了不同二氧化碳关联式的准确性,提出了毛细管束壳程换热关联式,开发了可靠高效的毛细管换热器数值模拟方法,阐明了毛细管换热器中超临界压力二氧化碳和冷却水的耦合换热机理,建立了变物性换热器的设计优化准则,为超临界压力二氧化碳毛细管换热器的设计应用提供了研究基础与理论支撑。
闫晨帅[2]（2021）在《超临界二氧化碳流动传热数值模拟研究》文中进行了进一步梳理超临界CO2动力循环系统具有设备少、热惯性小、运行灵活以及效率优势等特点,已被考虑广泛应用于核电、高温光热发电和燃煤发电等能源领域。作为能量输运介质,超临界CO2流动传热问题对于超临界CO2动力循环换热设备的设计及运行至关重要。目前,根据超临界单相流体假设提出的浮升力效应和流动加速效应并不能完全解释实验中观察到的超临界传热现象。对于超临界流体传热机理,特别是传热恶化的原因仍存在诸多争议。本文通过RANS数值模拟、实验测量和理论分析,从超临界CO2池式换热和管内强制对流换热两个方面探究其传热特性及机理,旨在为超临界CO2动力循环换热部件的设计优化及安全运行提供理论指导。为探究超临界流体池式换热与亚临界池沸腾换热之间的异同点,通过数值模拟研究了水平加热金属丝在超临界CO2流体环境中池式换热的规律及机理。在宽广参数范围内获得了超临界CO2池式换热qw～ΔT曲线,在超临界CO2池温Tb低于类临界温度Tpc（Tb<Tpc）的条件下发现,当加热壁温Tw<Tpc时,超临界CO2池式换热类似于亚临界单相自然对流传热,即表现为单相自然对流换热特性;当Tw>Tpc时,超临界CO2池式换热类似于亚临界膜态沸腾传热,即表现为类膜态传热特性。在Tb>Tpc的条件下,超临界CO2池式换热仅表现出单相自然对流换热特点。讨论了加热壁温Tw、池温Tb和压力P等参数对超临界CO2池式换热的影响。进一步分析表明,超临界池式单相自然对流换热性能主要受加热丝近壁区流体热物性及其流场强度的变化所影响,超临界池式类膜态传热主要受类气膜导热热阻R所制约。鉴于现有对圆管内超临界CO2对流传热的研究主要集中于垂直上升流动换热,本文实验测量了垂直下降圆管内超临界CO2跨类临界点强制对流传热,在压力P=7.58～15.5 MPa,热流密度qw=145～217 kW/m2,质量流速G=580～1000 kg/m2s范围内,获得超临界CO2传热管壁温度及对流换热系数。实验结果表明,圆管壁温随热流密度qw的增大或质量流速G的减小逐渐升高,对流换热系数逐渐减小;在低热流密度qw或者高质量流速G条件下,会发生传热强化现象。为进一步揭示流动方向对超临界CO2传热的影响,通过数值模拟的方法对圆管内超临界CO2垂直上升流和下降流之间流动传热进行对比分析。计算结果表明,超临界CO2垂直向下流动比向上流动时表现出更优越的传热性能,甚至能够抑制传热恶化发生。当热流密度越大、或质量流速和运行压力越小时,不同流动方向之间的传热性能差异越大。在此基础上,基于超临界类相变假设,类比于垂直圆管内亚临界膜态沸腾传热模型,建立超临界CO2对流传热类膜态传热模型,即包括覆盖在管壁的低密度类气膜和核心区高密度类液相。提出了综合反映类气膜或类液区厚度、热物性参数和湍流强度等多种因素影响超临界传热的湍流热阻机理,发现相对于核心类液热阻RL,近壁类气膜热阻RG对热扩散的影响占主导地位,局部较大的RG是导致超临界传热恶化的决定性因素。此外,与向上流动传热相比,向下流动时的RG和RL都较小,合理地解释了向下流动时内壁温度低于向上流动并且能够抑制传热恶化的原因。探究半周加热条件下超临界CO2传热特性及机理对于加热器的设计和安全运行也是非常重要的。基于超临界类膜态传热模型,通过数值模拟揭示周向均匀加热和半周加热垂直圆管内超临界CO2传热异同点以及半周加热发生传热恶化的原因。计算结果表明,半周加热的传热恶化机理与均匀加热相同,而且半周加热时类气膜热阻RG,h和核心类液区热阻RL,h均比均匀加热时更小,说明了半周加热方式能够抑制超临界CO2传热恶化发生,具有更高的临界热流密度。倾斜圆管是换热设备中管型布置的一种重要形式。通过对倾斜圆管内超临界CO2流动换热行为进行数值模拟研究发现,倾斜圆管内超临界CO2跨类临界点流动换热特性与倾斜管内亚临界气-液两相流动传热现象类似,其传热恶化机理与垂直圆管内超临界CO2传热相像,并且受圆管横截面内二次流强度的影响。计算结果表明,热流密度qw和倾斜角度越大,圆管顶-底母线壁温差异也越大。因此,在工程实际中,当超临界CO2跨类临界点换热且qw较大时,因避免采用倾斜式换热通道,以防止因周向剧烈壁温差异而导致管壁失效。此外,与超临界CO2垂直管内流动换热不同,超临界CO2倾斜向下流动时顶母线壁温Twi总体高于倾斜向上流动。
张海燕[3]（2021）在《超临界压力CO2通道内流动换热特性研究》文中认为国民经济的迅猛增长使得能源需求日益加大,使用清洁能源和提高能源利用效率是未来能源系统的重要发展方向。超临界CO2系统结构紧凑、效率高,在未来能源系统中应用前景广泛。作为系统中的重要组成部分,换热设备的性能对整个系统的效率有着重要影响。然而,超临界CO2在临界点附近剧烈变化的物性以及一些新型紧凑式换热器复杂的通道结构,给换热设备的优化设计带来巨大挑战。因此,阐明超临界CO2在不同通道内的复杂流动换热机理对于指导换热器优化设计具有重要意义。本文基于数值模拟和实验测试,对超临界压力CO2（sCO2）在通道内的流动换热性能进行详细分析,并针对不同通道结构进行了优化设计。首先建立单直通道模型,设置壁面受均匀热流,探究sCO2流动换热机理。在单直通道内,为获得较高对流换热系数,同时流动阻力和熵产较小,通道内热通量与质量通量的比值应相对较小,工作压力也应相对较小。相同水力直径的圆管、半圆管和方管中,圆管内整体对流换热系数最大,方管内流动阻力系数最小。理论分析和数值结果均表明,sCO2在黏性底层和过渡层内的有效热导率对管内局部对流换热系数的大小起着决定性作用。考虑到太阳能集热器、燃煤锅炉水冷壁等换热设备中周向热流明显不均的情况,通道内sCO2的换热性能更为复杂。建立有固壁的圆管模型,研究非均匀热流条件对管内流动换热性能的影响。大部分情况下,周向热流越不均,sCO2的流动换热性能越差。非均匀热流条件时,加热半周越接近通道底部,sCO2换热性能越好。为缓解非均匀热流导致的传热恶化,提出了四个局部强化的管道。强化管道内,sCO2的综合性能可提升23%左右,同时管道内壁的热流和温度不均匀度也明显降低。分布协同理论可以很好地解释非均匀热流导致的管内换热不均匀性。印刷电路板式换热器（PCHE）通道结构复杂且通道布置方式多样,仅基于单个圆管中sCO2的流动换热规律,并不能满足其优化设计要求。因此,建立更接近实际流动换热过程的耦合模型,探究PCHE内的sCO2的流动换热特性。基于半圆直通道耦合模型的研究,首次提出使用二次流数与雷诺数的比值（Se/Re）对水平通道内变物性导致的浮升力效应进行判别:当Se/Re>0.1时,浮升力效应的影响不可忽略。与传统浮升力判别式相比,新判别式对水平通道内整体和局部的换热强化都有更好的预测。较低雷诺数条件下,直通道PCHE内轴向导热的影响不可忽略,已有轴向导热判别数并不能对PCHE内局部轴向导热的影响进行准确的判断。与直通道相比,之字形通道可以有效强化换热,但同时流动阻力也明显增大。同时考虑热力学第一定律和第二定律评价指标,之字形通道的拐角在110°至130。之间时,sCO2在PCHE内可获得最优的综合性能。场协同原理可对不同之字形拐角通道内的流动换热性能进行很好的解释。之字形通道拐角附近的回流可有效增强局部速度和温度梯度的协同,且减小局部熵产。通道拐角相对较小时,通道内二次流强度更大,整体速度场和温度梯度场的协同更好。最后,基于课题组全温全压超临界CO2实验平台,对新翼型肋PCHE在不同质量流量、工作压力和入口温度条件下的换热和压降特性进行了测试。新翼型肋PCHE换热量最高可达100 kW,相同进出口条件下,新翼型肋PCHE的换热量与之字形通道PCHE相当,而压降仅为之字形通道PCHE的1/6左右。进一步的数值模拟结果还表明,增大新翼型肋宽对换热的影响不大但明显增大通道内压降。较低温度和质量流量有利于减小翼型肋通道内的局部参数振荡,从而保证换热设备稳定安全运行。本文从单直通道受均匀热流的数值模型入手,到探究非均匀热流条件对换热性能的影响,再基于实际换热器建立耦合模型进行分析,最后实验测试新结构PCHE,逐步深入。研究阐明了复杂工质在不同结构通道内的换热机理,获得了优化的通道结构,且针对水平通道内流体物性变化导致的浮升力效应提出了新的判别式,可为以变物性流体为工质的新型紧凑式换热器的优化设计提供重要参考。
张海松[4]（2021）在《超临界流体垂直管流动传热“类沸腾”机理研究》文中认为超临界流体（SCF）广泛应用于工程技术领域,其流动传热特性对工程设计十分重要。例如,传热恶化会导致材料壁温严重超温,换热器大压降会导致循环效率降低,以及流动不稳定会引起设备热疲劳破坏或传热变差等。但由于SCF物理微观和宏观行为机理尚不清晰,所以相关问题并未得到很好的解决。按照传统热力学思路,SCF是均匀的单相流体,但最近的研究表明,当穿过Widom线（WL）时,其在微观和宏观上均存在类气和类液之间的转换,并不是均匀的。而与之相关的“类沸腾”现象还未引起足够的重视,“类沸腾”机理也没有被充分揭示。本文在SCF对流传热“类沸腾”框架下,围绕超SCF垂直管内向上加热流动过程中的传热特性、流动压降、以及流动不稳定性三个方面展开研究,阐述“类沸腾”作用流动传热机制,并提出新的无量纲数对其定量分析。在传统SCF对流传热理论框架下,重新审视浮升力和流动加速效应对流动传热的影响,通过分析实验数据发现,浮升力和流动加速效应不足以揭示SCF对流传热机理。基于此,本文在SCF对流传热“类沸腾”框架下进行理论分析,引入多参数系统ππ定理准则,通过对流场和温度场分析,提出了 13个无量纲准则数,进一步筛选出两个重要的无量纲数,即速度数和气膜温度梯度数,前者表征近壁区气膜生长速度和主流流速的抗衡,后者表征近壁区气膜内的温度梯度大小。大的速度数表明类气膜在近壁区生长较快,热量在近壁区聚集,而大的气膜温度梯度数表明类气膜内存在较大的温度梯度,这使类气膜覆盖在壁面上,并充分膨胀,最终导致传热恶化,这个过程和亚临界偏离核态沸腾类似。将超临界压力和亚临界压力之间的传热类比,提出超临界沸腾数（SBO）,定性地表示气膜生长过程中受到的动量力和惯性力相对大小。新提出的无量纲数较好的诠释了“类沸腾”诱导传热恶化机制,揭示了 SCF传热恶化和亚临界偏离核态沸腾之间的相似性,为SCF“类沸腾”传热理论研究提供了依据。对垂直加热管内超临界CO2（sCO2）强制对流换热过程中的传热恶化起始点和局部壁温分布特性进行了实验研究,管径分别为8 mm、10 mm和12 mm。采用SBO预测不同SCF传热恶化起始点,三个管径下的sCO2传热恶化临界值约为5.126×10-4,管径对传热恶化起始点没有影响,但对传热恶化程度有影响,管径越大,壁温越高。将CO2传热恶化起始点判断准则推广到H2O、R134a和R22,三种工质的SBO临界值分别为2.018×10-4、1.653×10-4和1.358×10-4,保证了不同SCF用于相关动力循环中的安全。实验还发现,以主流温度为定性温度的普朗特数Pr对SCF传热过程影响很重要。依据“类沸腾”作用SCF传热恶化机制,提出一个可以预测SCF局部壁温峰值位置和飞升值的新方法。此外,研究了sCO2强制对流换热过程中的壁温多峰现象,这是由于局部蒸发动量力和局部惯性力沿管道方向交替支配,导致了气膜厚度和壁温的振荡。近年来,对SCF通道内的传热性能关注比较多,流动压降特性报道相对较少。对于SCF的流动阻力研究,通常是考虑物性对其影响,但对传统的等温流体经验关联式简单的修正不是有效的方法。本文通过实验调查了高温、高压下,sCO2在垂直管内向上流动过程中的流动压降特征。实验结果发现,当穿过临界SBO时,传热和摩擦因子均呈现出两种区域分布,即正常传热下的摩擦因子较小,传热恶化下的摩擦因子较大,导致这种现象的主要原因是传热恶化发生后,气膜膨胀,局部变厚,对核心区的类液流体形成了类似孔板节流效应,从而引入了额外的压降。提出了一个SCF传热与摩擦压降的新比拟准则,通过K数联系了传热与摩擦压降,K数越大,表明气膜越厚,传热恶化越严重,节流效应越明显,摩擦压降越大。提出了预测摩擦因子的新关联式,不仅适用于正常传热,而且适用于传热恶化。虽然超临界压力下的流体不存在气、液一级相变,但穿过类临界温度时,仍可区分为类气和类液两种不同特性的流体,使其发生不稳定流动。本文通过实验研究了 sCO2在垂直加热单管内的流动不稳定现象,根据流动传热特征和通道内的出口温度Pb,out与类临界温度Ppc相对大小关系,将流动传热过程归纳为5种类型,提出了表征轴向密度不均匀程度大小的无量纲密度数ρ*,发现了稳定边界,解释了流动不稳定发生机理。实验观察到的sCO2流动不稳定仅发生在传热恶化,且出口温度靠近和大于类临界温度Ppc时,流动不稳定与“类沸腾”传热有关。当气膜在近壁区充分膨胀时,气膜覆盖在近壁区,管道上游形成一个主要由重相类液流体占据的空间,而当出口温度靠近和大于类临界温度时,管道的下游形成一个由轻相类气流体占据的空间,这类似一个气塞。较大的轴向密度差使气塞不能稳定的在出口处流动,被上游的类液流体推出管外,产生一个较大的压力脉冲,并进入整个系统,此时传热恶化变得更严重,流动不稳定发生。当传热逐渐恢复,气塞重新占据出口位置。当流量和压降波动相位差为90°时,流动不稳定保持不变。
张婧怡[5]（2021）在《典型通道内超临界水流动换热数值模拟》文中研究表明化石能源的紧缺对能源工业以及强化换热技术的发展提出了更高的要求。超临界流体因其良好的流动换热特性广泛应用于核动力、蒸汽动力系统以及空调制冷等领域。超临界流体在拟临界点附近物性的急剧变化令其流动换热与常物性流体相比更为复杂,因此超临界水的流动换热特性的研究对其在工程中的高效安全利用具有重要意义。本文以工程中几种常用换热管即倾斜直管、倾斜内螺纹管、螺旋管作为研究对象,建立了典型通道内超临界水流动换热数学模型,进行均匀及非均匀加热条件以及运行参数、结构参数对超临界水流动换热的影响研究,通过分析温度、速度、换热系数等热工水力参数的变化趋势,以及引入二次流强度参数Se/Re、浮升力参数Ri数等无量纲准则数,揭示不同通道内超临界水的流动换热规律。研究表明:倾斜直管内存在浮升力效应,截面内流体温度分布具有不均匀性且管内存在明显的二次流,高温流体聚集于管上侧导致局部换热较弱、上壁温较高。倾斜内螺纹管内的流体由于螺纹的引导,垂直主流方向存在较强的二次流,利用Se/Re定量分析管内的二次流强度,内螺纹管的二次流强度为直管的2倍以上。螺纹结构可以明显抑制倾斜管内由于浮升力导致的局部传热减弱,综合评价管内压降损失及换热系数,均匀及非均匀加热条件下内螺纹管的换热性能分别为直管的1.2、1.9倍,在非均匀加热工况下采用内螺纹管更为有利。浮升力参数Ri数可以较好的评价浮升力对换热的作用,不同加热条件下内螺纹管内浮升力的相对作用较直管减弱10%以上。螺旋管内超临界水的流动换热数值模拟结果表明,减小管径、减小螺旋直径可以强化换热,利用Rig数和Ric数对浮升力和离心力的耦合作用进行分析,拟临界温度附近浮升力与离心力的作用最强,类气态区Rig数接近零,浮升力基本可以忽略,离心力相对作用增强,但强制对流是影响螺旋管换热的主要因素。非均匀加热加重螺旋管壁温的不均匀分布,相比均匀加热工况,较大Re数范围内非均匀加热时的换热系数减小15%-41%;增加热流密度导致换热开始减弱的位置前移。
王乃心,杨大章,谢晶,王金锋[6]（2020）在《超临界CO2对流换热特性试验研究进展》文中进行了进一步梳理超临界CO2具有特殊的热力学性质和良好的传热特性,因此广泛应用于制冷空调以及其他工业领域。在超临界压力下临界区附近CO2的热物理参数随温度变化非常剧烈,这种特殊的物理性质决定了其独特的换热特性。目前各国学者对超临界CO2的换热特性做了广泛的研究工作,为了对超临界CO2的换热特性有更加深入的了解,对不同管道在冷却和加热条件下超临界CO2换热特性的试验研究进行了综述,归纳了近几年国内外学者提出的新的超临界CO2换热关联式,可为设计高效的气体冷却器提供必要的理论基础。
朱兵国[7]（2020）在《超临界二氧化碳垂直管内对流换热研究》文中认为超临界二氧化碳（scCO2）循环发电由于其独特的优势,是未来高效灵活火电、高温光热发电、新一代核电、余热发电和先进舰船动力系统等领域的研究热点。ScCO2流动传热对scCO2动力循环系统的安全运行至关重要。目前,关于scCO2管内对流换热的实验研究主要集中在8 MPa,小于10 mm的管径以及全周均匀加热。尚无适用于广泛实验数据范围的超临界流体传热关联式,超临界流体基于单相流体假设,强调浮升力和流动加速效应不能很好的解释实验现象。因此,深入系统的开展宽范围参数CO2流动传热特性的实验、数值模拟研究和理论分析,揭示scCO2流动传热机理,发展高精度传热恶化判别式、传热和阻力系数关联式具有较高的学术意义和价值。研究结果为scCO2动力循环的设计和优化提供理论指导。自主设计并建立了均匀加热和半周非均匀加热条件下scCO2传热大型实验装置,与国际上其它实验台相比,本实验台功耗120 kW,允许测试温度范围0～500℃,可进行不同压力（1～25 MPa）、管径（2～14 mm）、管长（1～6 m）及热流密度（0～400 kW/m2）的实验,弥补了现有实验设施的不足。本实验设施的建成,可满足高温高压scCO2数据获取、机理研究及工程设计所需的数据支持。在均匀加热条件下,对scCO2在内径为10 mm管中的传热特性进行了研究。实验参数范围如下:P=7.5-21.1 MPa,G=488-1600 kg/m2·s,qw=74-413 kW/m2。实验结果表明:系统运行参数对scCO2传热影响较大,增大质量流速和压力都可以有效推迟或者抑制传热恶化的发生。引入拟沸腾概念,通过对亚临界压力沸腾传热和超临界传热的类比分析,得到超临界沸腾数SBO和超临界K数,SBO=qw/G·ipc,K=（qw/G·iw）2ρb/ρw,超临界K数表征类气类液界面传质引起的膨胀动量力与对流引起的惯性力的比值。这两个无量纲参数有效控制气膜厚度,小的超临界沸腾数和K数,对应薄的气膜厚度和良好的传热状态。反之亦然,大的超临界沸腾数和K数,对应厚的气膜厚度和不好的传热状态。结合文献中其他作者实验数据（din=2～10 mm）确定了 scCO2在垂直上升流动条件下发生传热危机及壁温飞升的临界判据,临界SBO=5.126×10-4决定正常传热和传热恶化间的转换,小于临界SBO不发生传热恶化,大于临界SBO传热发生恶化。SBO综合考虑了热流密度、质量流速和压力对传热的影响。现有关于scCO2传热研究都是在均匀加热条件下进行的,而在实际工程应用中,例如太阳能驱动的scCO2发电系统中,真空管是抛物线槽太阳能集热器的关键元件,管的向阳面吸热较强,而阴面吸热较弱。ScCO2燃煤电厂中,冷却壁一侧接受辐射热,而另一侧则背对火焰是绝热的,上述两种应用中受热管都表现出强烈的非均匀加热特性。本文通过在管半圆周电镀银的方法模拟了周向非均匀加热,实验段内径10 mm,实验参数范围如下:P=7.67-20.7 MPa,G=498.3-1229.2 kg/m2·s,qw=43.7-488 kW/m2。实验结果表明:内壁热流和温度与周向角有很强的相关性。与均匀加热相比较,非均匀加热在拟临界点前延迟或消除了传热恶化,明显改善传热;但是在拟临界温度后,非均匀加热恶化了传热。对于非均匀加热,正常传热和传热恶化的分区临界值为SBO=8.908×10-4。采用5560个超临界流体传热数据点（其中2028个scCO2数据点来源于本实验,3532个数据点来源于公开发表的18篇文献）,拟合超临界CO2、水和R134a在垂直上升管内定热流密度边界条件传热系数,获得传热关联式Nu=0.0012Reb0.9484Prb0.718K-0.0313,该关联式除了Re和Pr,只增加了一项K数。其预测精度好于文献中广泛引用传热关联式,且可适用于不同工质、管径、正常传热和传热恶化。K的指数为-0.0313,表明K数对超临界传热具有抑制作用,符合物理机理。对于垂直上升管,超临界K数和摩擦系数的变化趋势一致,K大摩擦系数大,基于此提出了新的阻力关联式,与其它关联式相比其预测精度大大提高。
崔海亭,刘思文,王少政[8]（2019）在《超临界CO2水平直管内冷却换热的数值模拟》文中指出为了提高CO2热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了超临界CO2在水平圆直管内的换热特性。采用标准k-ε湍流模型对超临界CO2流体在内径为4 mm、长度为2 000 mm的水平圆管内的冷却换热进行了数值模拟,主要探究了超临界CO2流体在管内冷却条件下的温度场分布以及传热系数的变化规律,并研究了CO2质量流量及进口温度对管内传热性能的影响。模拟结果表明:超临界CO2的传热系数随质量流量的增加而变大,质量流量增加100 kg/（m2·s2）,平均传热系数增加约为12%;随着制冷剂进口温度的增加,管内平均传热系数变小,但局部传热系数的最大值并不会发生改变,只会使其出现的节点延后。研究结果可为水平直管在CO2热泵中的应用提供理论与数据支持。
张亚东[9]（2019）在《超临界CO2在螺旋管内冷却换热的（火用）分析及综合换热性能研究》文中认为作为一个自然工质,CO2因其环境友好性且具有良好的热物性等优点成为替代型工质被广泛应用于CO2热泵和空调系统中。其关键部件螺旋管绕管式气体冷却器由于结构紧凑、换热性能较好对提升CO2热泵和空调系统的系统性能具有积极的作用。为了实现系统中可用能的合理利用,提高系统和部件性能,研究换热过程中的不可逆损失是很有必要的。综合考虑换热和阻力损失两种因素,寻求最佳的工质运行工况以及使综合换热性能较高的螺旋管结构对螺旋管式换热器的优化设计以及CO2热泵和空调系统性能的提升也具有重要的意义。因此,本文采用实验和数值模型计算的方法对超临界CO2在螺旋管内冷却换热过程中的不可逆损失及其综合换热性能进行分析,并对其运行工况进行优化,分析使得螺旋管综合换热性能较高的螺旋管结构。通过实验研究了超临界CO2在螺旋管内的冷却换热特性,基于（火用）分析的方法分析其换热过程的不可逆性。实验的质量流率范围为159kg/（m2s）954.9kg/（m2s）,螺旋管管径范围为25mm,盘径范围为36mm120mm,雷诺数范围为1012287456,入口温度范围为295K330K。推导得到了恒热流密度情况下实际气体在螺旋管内冷却换热时的无量纲（火用）损计算式,结合测得的实验数据研究了质量流率、热流密度、压力和螺旋管管径等对超临界CO2在螺旋管内冷却换热过程中无量纲（火用）损的影响。研究结果表明,超临界CO2工质冷却换热时,由换热的不可逆性引起的（火用）损远大于由摩擦阻力引起的（火用）损。相对于热流密度,最优雷诺数受质量流率和管径的影响更大。在对管径为3,4,5mm的螺旋管进行分析时,发现在管径一定时存在合适的雷诺数范围使得无量纲（火用）损更小,可用能利用率更高。根据无量纲（火用）损的计算以及影响因素的研究,提出了与热流密度、质量流率、管径等参数相关的三个无量纲参数,并基于不可逆损失最小化原理得到与这三个无量纲参数有关的最优雷诺数预测关联式。对于螺旋管结构参数确定的热力系统,可通过最优雷诺数关联式选择合适的运行工况从而使热力系统达到更高效的能量利用。为了研究螺旋管作为强化换热管较之直管的换热性能提升能力,根据超临界CO2在直管及实验获得的其在螺旋管内的换热和流动经验关联式,利用换热性能评价准则PEC将换热和流动阻力同时考虑在内,建立评价螺旋管综合换热性能的计算模型。研究了曲率、热流密度、质量流率、流体温度以及螺旋管结构参数对螺旋管综合换热性能的影响。研究结果表明,在所研究的曲率范围内,曲率越大即曲率为0.3时螺旋管的综合换热性能较直管更强。得到不同工况下的曲率临界值,只有当曲率大于曲率临界值时螺旋管作为强化换热管才有使用的价值。在不同运行工况下,PEC值达到最大时所对应的管径均为满足限定条件时的最小管径。综合计算结果发现,在所研究的范围内,当管径为1mm,螺旋管盘径为3.3mm,热流密度为5kW/m2,质量流率为800kg/（m2·s）,流体温度为320K时,PEC值达到最大,其最大值为3.1268。期望以上研究可以对以超临界CO2为换热工质的螺旋绕管式换热器的工程应用以及优化设计提供一定的理论基础。
杨梅[10]（2018）在《螺旋管中超临界CO2冷却换热性能研究》文中指出当前,能源短缺和环境污染是全球发展面临的两大基本问题,充分利用现有余热资源是解决问题的重要手段。从我国目前能源和环境形势看,加强节能减排和利用余热非常必要。我国具有丰富的余热资源,利用跨临界CO2工业热泵将它们进行转换,对我国提高能源利用率和改善环境非常有利。同时随着CO2逐渐替代CFC和HCFC类物质,跨临界CO2制冷工质也广泛应用于制冷系统,它的应用对于保护环境和防止全球变暖具有重要作用。现有针对超临界CO2的研究,主要是采用实验和数值模拟的方法研究其在直管中加热或冷却情况下的对流换热,采用数值模拟方法研究螺旋管中超临界CO2对流换热的相对较少,研究螺旋管特征参数和螺旋管截面形状对超临界CO2对流换热影响的亦相对较少。本文运用Fluent软件,在研究考虑壁厚情况下直管中超临界CO2对流换热的基础上,研究螺旋管中超临界CO2的对流换热,螺旋管的相关参数和螺旋管截面形状对超临界CO2对流换热的影响。研究的主要内容如下:（1）运用数值模拟方法研究带壁厚情况下水平直管中的超临界CO2的冷却换热,用以揭示超临界CO2在水平直管内冷却换热的内部机理。结果显示所选湍流模型均能反映换热趋势,经壁面加强处理的标准k-ε模型和实验数据吻合得最好。利用数值模拟结果进一步研究讨论管道截面上的速度,温度,湍流强度分布。引入参数用以定义浮升力对对流换热的影响从而判断流体的状态,同时讨论进口温度,出口温度,质量流量,热流密度,管道直径及其相互之间的关系对对流换热的影响,并比较超临界CO2加热和冷却的差别。（2）在运用经壁面加强处理的RNG k-ε湍流模型数值模拟水平螺旋管中超临界CO2的冷却换热的基础上,研究了螺旋管的特征参数节距p,螺旋管半径R,螺旋管管直径d对超临界CO2流动和换热的影响。结果显示p对换热影响不大,d,R的变化引起曲率和雷诺数的变化,从而对流体换热产生影响。同时当p,d,R增加时,压力的变化情况不同。利用已得到的数值模拟值,提出了圆形截面螺旋管中超临界CO2冷却换热情况下,引入曲率参数的努塞尔数关联式,具有较高精度。同时研究表明在设定条件下,靠近螺旋管内部的壁面温度和换热系数低于其他区域的。（3）采用经壁面加强处理的RNG k-ε湍流模型研究水平正方形截面螺旋管中超临界CO2的冷却换热和压降特性。研究发现由于螺旋管的特殊结构,螺旋管中的换热系数和压降大于直管中的。相同情况下换热系数和压降随着质量流量的增加而增加。随着流体压力的上升,换热系数峰值向高温区域移动。代表重力浮升力的Rig值和代表离心浮升力的Ric值随着质量流量的增大而减小,且随着流体温度的变化呈抛物线变化。重力浮升力影响了压力分布的波动情况,同时压力分布随着流体温度的增加而增加。螺旋管的静压差在临界温度处达到最小值。（4）当前很多研究仅仅关注圆形管内的流动,很少关注非圆形管中的流动。目前紧凑型换热器得到广泛应用,非圆形截面的流动通道吸引了广泛关注并得到应用,采用经壁面加强处理的RNG k-ε湍流模型对其进行研究。管道参数如下:螺旋管长度为2000mm,节距为10mm,螺旋管半径为20mm,截面形状为正方形,三角形和椭圆。研究发现沿流体流动方向换热系数在临界温度区域上下波动,在此基础上,比较了截面为三角形,正方形,圆形时的换热系数和压降特性。结果显示截面为圆形时的换热系数大于正方形的,正方形的换热系数大于三角形的。截面为圆形时的压降小于三角形的,三角形的小于正方形的。数值模拟得到的温度云图,速度云图,速度流线和湍流强度云图显示在螺旋管截面为正方形,三角形和椭圆时,浮升力对流动的作用弱于离心力的影响。在相同设置情况下,对重力影响进行了定量分析,结果显示重力作用对换热系数的影响可以被忽略。研究表明在判定浮升力作用范围时,Rig值的变化情况和Gr/Re2.7值的变化情况一致。（5）采用经壁面加强处理的RNG k-ε湍流模型研究正方形截面,三角形截面,椭圆截面螺旋管中,螺旋管特征参数节距p,螺旋管管直径d,螺旋管半径R对超临界CO2换热的影响。结果显示p对换热影响不大,d,R的变化引起曲率和雷诺数的变化,从而对流体换热产生影响。同时当p,d,R增加时,压力的变化情况不同。利用已得到的数值模拟值,提出了正方形截面,三角形截面,椭圆截面螺旋管中超临界CO2冷却换热情况下,引入曲率参数的努塞尔数关联式,具有较高精度。比较了各截面螺旋管的努塞尔数关联式计算值,同时提出了引入圆形度的修正经验关联式。
二、超临界CO_2流体管内流动换热（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、超临界CO_2流体管内流动换热（论文提纲范文）
（1）超临界压力CO2冷却换热特性及毛细管换热器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 超临界二氧化碳闭式布雷顿循环发电技术 |
| 1.1.2 跨临界二氧化碳制冷与热泵循环 |
| 1.2 超临界压力二氧化碳冷却换热研究现状 |
| 1.2.1 超临界压力二氧化碳换热实验研究 |
| 1.2.2 超临界压力二氧化碳换热数值模拟研究 |
| 1.2.3 超临界压力二氧化碳换热和压降关联式 |
| 1.3 超临界二氧化碳换热器研究现状与分析 |
| 1.3.1 超临界二氧化碳换热器研究 |
| 1.3.2 剧变物性流体换热器设计优化理论研究 |
| 1.4 既有研究的不足之处 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 第2章 超临界压力CO_2冷却换热机理研究 |
| 2.1 本章引论 |
| 2.2 物理模型及数据处理 |
| 2.2.1 单管物理模型 |
| 2.2.2 毛细管换热器耦合换热单元模型 |
| 2.2.3 数据处理 |
| 2.3 湍流模型和模拟验证 |
| 2.3.1 湍流模型及验证 |
| 2.3.2 网格无关性验证 |
| 2.4 恒热流条件下超临界压力CO_2单管冷却换热特性 |
| 2.4.1 冷却换热系数变化规律及影响机制研究 |
| 2.4.2 质量流速和热流密度对换热的影响 |
| 2.4.3 浮升力对超临界压力CO_2冷却换热的影响 |
| 2.5 毛细管换热器耦合换热特性 |
| 2.5.1 整体流动换热分析 |
| 2.5.2 壳程流动方式对换热和压降的影响 |
| 2.6 超临界压力CO_2冷却关联式研究 |
| 2.6.1 超临界压力CO_2冷却换热关联式研究 |
| 2.6.2 超临界压力CO_2冷却压降关联式研究 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 超临界压力CO_2毛细管换热器实验和数值模拟研究 |
| 3.1 本章引论 |
| 3.2 超临界压力CO_2换热器实验系统 |
| 3.2.1 实验系统介绍 |
| 3.2.2 实验件介绍 |
| 3.2.3 数据采集与处理 |
| 3.2.4 误差分析 |
| 3.3 壳程换热与压降特性实验研究 |
| 3.3.1 折流板对壳程换热的影响 |
| 3.3.2 折流板对壳程压降的影响 |
| 3.4 CO_2毛细管换热器冷却换热与压降实验研究 |
| 3.4.1 超临界压力CO_2毛细管换热器一维设计计算程序 |
| 3.4.2 关联式计算出口温度与实验结果对比 |
| 3.4.3 换热关联式设计长度同实验结果对比 |
| 3.4.4 毛细管换热器中CO_2压降分析 |
| 3.5 超临界压力CO_2毛细管换热器数值模拟研究 |
| 3.5.1 物理模型及数值模拟方法 |
| 3.5.2 验证计算 |
| 3.5.3 毛细管换热器整体流动与换热分析 |
| 3.5.4 局部内外耦合换热分析 |
| 3.5.5 冷却水工况对整体换热影响分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 超临界压力CO_2毛细管冷却器设计优化理论研究 |
| 4.1 本章引论 |
| 4.2 超临界压力CO_2冷却器夹点问题研究 |
| 4.2.1 夹点位置理论研究 |
| 4.2.2 不同因素对夹点温差的影响 |
| 4.3 超临界压力CO_2冷却器效能及优化设计研究 |
| 4.3.1 超临界压力CO_2冷却器效能 |
| 4.3.2 (?)耗散率与换热器效能关系研究 |
| 4.3.3 超临界压力CO_2冷却器中间分流优化设计 |
| 4.4 基于换热和压降的综合优化研究 |
| 4.4.1 变物性换热器换热和压降的关系 |
| 4.4.2 基于换热和压降的折流板优化布置研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 超临界压力CO_2毛细管换热器强化换热研究 |
| 5.1 本章引论 |
| 5.2 超临界压力CO_2螺旋缠绕管内流动换热研究 |
| 5.2.1 物理模型和模拟方法 |
| 5.2.2 螺旋管内二次流动研究 |
| 5.2.3 螺旋间距和螺旋直径对换热和压降的影响 |
| 5.2.4 螺旋管内超临界压力CO_2对流换热场协同分析 |
| 5.3 毛细管换热器不同折流板形式强化换热研究 |
| 5.3.1 物理模型与模拟方法 |
| 5.3.2 折流板形式对换热和压降的影响 |
| 5.3.3 折流板形式综合评价及场协同分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）超临界二氧化碳流动传热数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 超临界流体及其特点 |
| 1.3 超临界流体传热研究现状 |
| 1.3.1 全周加热垂直圆管内超临界流动传热 |
| 1.3.2 半周加热垂直圆管内超临界流动传热 |
| 1.3.3 全周加热倾斜圆管内超临界流动传热 |
| 1.3.4 超临界池式对流传热 |
| 1.4 当前研究存在的问题 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 超临界CO_2池式换热数值模拟研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理模型与计算方法 |
| 2.2.1 几何模型及网格划分 |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.2.3 边界条件及求解方法 |
| 2.2.4 网格独立性分析 |
| 2.2.5 计算模型验证 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 超临界与亚临界CO_2池式换热对比 |
| 2.3.2 超临界CO_2池式换热特性分析 |
| 2.3.3 池温对超临界CO_2池式换热的影响 |
| 2.3.4 压力对超临界CO_2池式换热的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 垂直管内超临界CO_2流动传热数值模拟研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 几何模型 |
| 3.3 计算模型及求解方法 |
| 3.3.1 控制方程 |
| 3.3.2 网格划分 |
| 3.3.3 边界条件及求解方法 |
| 3.3.4 湍流模型选择 |
| 3.3.5 网格独立性分析 |
| 3.3.6 计算模型验证 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 超临界传热理想物理模型 |
| 3.4.2 超临界CO_2传热恶化机理 |
| 3.4.3 热流密度对传热的影响 |
| 3.4.4 质量流速对传热的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 流动方向对垂直管内超临界CO_2流动传热影响研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验测量 |
| 4.2.1 实验系统及参数测量 |
| 4.2.2 实验数据处理 |
| 4.3 计算模型及求解方法 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 超临界CO_2垂直向下流动传热规律 |
| 4.4.2 计算模型验证 |
| 4.4.3 热流密度对向上与向下传热差异的影响 |
| 4.4.4 质量流速对向上与向下传热差异的影响 |
| 4.4.5 运行压力对向上与向下传热差异的影响 |
| 4.4.6 垂直向上和向下流动传热差异机理分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 周向加热方式对垂直管内超临界CO_2流动传热影响研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 计算模型及求解方法 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 网格划分 |
| 5.2.3 边界条件及求解方法 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 计算模型验证 |
| 5.3.2 均匀加热与半周加热传热特性比较 |
| 5.3.3 均匀加热与半周加热传热差异机理分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 倾斜圆管内超临界CO_2流动传热数值模拟研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 物理模型 |
| 6.3 计算模型及求解方法 |
| 6.4 结果与讨论 |
| 6.4.1 计算模型验证 |
| 6.4.2 倾斜圆管内超临界CO_2传热特性 |
| 6.4.3 倾斜圆管内超临界CO_2传热机理 |
| 6.4.4 倾斜角度对超临界CO_2传热的影响 |
| 6.4.5 流动方向对超临界CO_2传热的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 主要研究结论 |
| 7.2 创新性工作 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）超临界压力CO2通道内流动换热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号说明表 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 超临界压力CO_2热物理性质 |
| 1.3 单通道内sCO_2流动换热性能研究现状 |
| 1.3.1 均匀热流条件光滑圆管内的流动换热 |
| 1.3.2 复杂几何及边界条件下的流动换热 |
| 1.3.3 浮升力和加速度效应判别式 |
| 1.4 印刷电路板式换热器(PCHE)研究现状 |
| 1.4.1 PCHE概述 |
| 1.4.2 PCHE内sCO_2流动换热特性 |
| 1.5 换热强化理论 |
| 1.5.1 二次流理论 |
| 1.5.2 场协同原理 |
| 1.5.3 熵产最小化理论 |
| 1.6 本文研究内容 |
| 第2章 不同截面形状单直通道内sCO_2流动换热机理 |
| 2.1 单通道数值模拟方法 |
| 2.1.1 几何模型及边界条件 |
| 2.1.2 控制方程 |
| 2.1.3 网格无关性验证及实验验证 |
| 2.2 单通道内sCO_2的局部流动换热 |
| 2.2.1 无重力条件下通道内的流动换热 |
| 2.2.2 浮升力效应对流动换热的影响 |
| 2.3 局部对流换热系数峰值影响因素 |
| 2.3.1 理论分析 |
| 2.3.2 数值验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 非均匀热流水平管内复杂流动换热特性 |
| 3.1 光滑圆管数值模拟方法 |
| 3.1.1 几何模型及边界条件 |
| 3.1.2 网格无关性验证及实验验证 |
| 3.2 光滑圆管计算结果与讨论 |
| 3.2.1 数据处理方法 |
| 3.2.2 壁面热流条件对换热性能的影响 |
| 3.2.3 加热不同半周对换热性能的影响 |
| 3.2.4 浮升力效应判别式 |
| 3.3 局部强化管道数值模拟方法 |
| 3.3.1 几何模型及边界条件 |
| 3.3.2 网格无关性验证 |
| 3.4 局部强化管道计算结果与讨论 |
| 3.4.1 数据处理方法 |
| 3.4.2 壁面热流条件对流动换热的影响 |
| 3.4.3 通道内壁面热流和温度不均匀度 |
| 3.4.4 强化管内换热机理分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 半圆直通道PCHE内CO_2-CO_2耦合流动换热 |
| 4.1 耦合流动换热数值模拟方法 |
| 4.1.1 几何模型及边界条件 |
| 4.1.2 实验验证及网格无关性验证 |
| 4.2 耦合模型数据处理方法 |
| 4.3 浮升力效应对耦合流动换热的影响 |
| 4.3.1 局部平均流动换热性能 |
| 4.3.2 壁面流动换热性能 |
| 4.3.3 浮升力效应判别式 |
| 4.4 轴向导热对耦合换热的影响 |
| 4.4.1 轴向导热对局部温度分布的影响 |
| 4.4.2 壁厚对换热的影响 |
| 4.4.3 直径对换热的影响 |
| 4.4.4 两侧进口温差对换热的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 之字形通道PCHE内CO_2-CO_2耦合流动换热 |
| 5.1 之字形通道数值模拟方法 |
| 5.1.1 几何模型及边界条件 |
| 5.1.2 网格无关性验证及实验验证 |
| 5.1.3 数据处理方法 |
| 5.2 整体流动换热性能分析 |
| 5.3 局部流动换热性能分析 |
| 5.3.1 沿程平均对流换热性能 |
| 5.3.2 局部壁面换热性能和内部流场分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 新翼型肋PCHE实验测试及模拟分析 |
| 6.1 实验测试装置 |
| 6.1.1 全温全压超临界CO_2测试平台 |
| 6.1.2 测试用新翼型肋PCHE结构 |
| 6.2 实验结果分析与讨论 |
| 6.2.1 数据处理方法 |
| 6.2.2 实验测试工况 |
| 6.2.3 不同工况下换热量和压降 |
| 6.3 新翼型肋PCHE实验验证 |
| 6.4 数值模型及网格无关性验证 |
| 6.5 数值模拟结果与讨论 |
| 6.5.1 新翼型肋结构参数的影响 |
| 6.5.2 翼型肋通道内换热机理分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）超临界流体垂直管流动传热“类沸腾”机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 超临界流体的物理性质 |
| 1.2.1 热力学性质 |
| 1.2.2 物性参数及对传热的影响 |
| 1.2.3 分子结构 |
| 1.3 超临界流体流动与换热研究进展 |
| 1.3.1 传热研究 |
| 1.3.2 流动压降研究 |
| 1.3.3 流动不稳定性研究 |
| 1.4 当前研究存在问题 |
| 1.5 本文研究目的与研究内容 |
| 第2章 实验和数据处理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验系统 |
| 2.3 实验段 |
| 2.4 实验步骤 |
| 2.5 实验方法和数据处理 |
| 2.5.1 热平衡计算 |
| 2.5.2 可靠性验证 |
| 2.5.3 数据处理 |
| 2.5.4 不确定度分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 超临界流体管内强制对流换热理论分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 浮升力和流动加速对流动传热的影响 |
| 3.2.1 理论分析 |
| 3.2.2 实验验证 |
| 3.3 “类沸腾”作用传热恶化新机制 |
| 3.3.1 相变焓定义 |
| 3.3.2 量纲分析 |
| 3.3.3 新无量纲数描述传热恶化机制 |
| 3.4 超临界和亚临界压力下传热恶化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 垂直加热管内超临界流体强制对流换热特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 传热恶化起始点预测 |
| 4.2.1 正常传热与传热恶化 |
| 4.2.2 四种工质的转换准则 |
| 4.3 壁温峰值预测 |
| 4.3.1 壁温峰值的位置 |
| 4.3.2 壁温峰值的大小 |
| 4.3.3 误差比较 |
| 4.4 壁温多峰现象 |
| 4.4.1 管径对壁温分布影响 |
| 4.4.2 壁温多峰现象 |
| 4.4.3 壁温多峰机理 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 垂直加热管内sCO_2向上流动压降特性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 压降影响因素 |
| 5.2.1 压降随焓值变化 |
| 5.2.2 边界条件的影响 |
| 5.3 压降与传热比拟 |
| 5.4 误差比较 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 垂直加热管内sCO_2流动不稳定性 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 流动不稳定特征 |
| 6.3 流动不稳定影响因素 |
| 6.4 流动稳定边界和不稳定发生机理 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 主要研究结论 |
| 7.2 创新性工作 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（5）典型通道内超临界水流动换热数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 超临界流体流动换热试验研究 |
| 1.3.2 超临界流体数值模拟研究 |
| 1.3.3 超临界流体浮升力及离心力研究 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 超临界水流动换热数值模拟计算模型 |
| 2.1 超临界水物理性质 |
| 2.2 数学模型 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 湍流模型 |
| 2.3 数值计算方法 |
| 2.3.1 网格划分 |
| 2.3.2 求解方法及边界条件设置 |
| 2.3.3 数据处理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 倾斜直管内超临界水流动换热特性研究 |
| 3.1 物理模型及网格划分 |
| 3.2 湍流模型验证 |
| 3.3 均匀加热条件下管内流动换热特性 |
| 3.3.1 轴向温度及换热系数 |
| 3.3.2 热工水力参数云图分析 |
| 3.3.3 局部换热特性分析 |
| 3.4 非均匀加热条件下管内流动换热特性 |
| 3.4.1 温度及换热系数分析 |
| 3.4.2 热工水力参数云图分析 |
| 3.4.3 加热条件的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 倾斜内螺纹管内超临界水流动换热特性研究 |
| 4.1 物理模型及网格划分 |
| 4.2 湍流模型验证 |
| 4.3 均匀加热条件下管内流动换热特性 |
| 4.3.1 轴向温度及换热系数 |
| 4.3.2 热工水力参数云图分析 |
| 4.3.3 局部换热特性分析 |
| 4.4 非均匀加热条件下管内流动换热特性 |
| 4.4.1 轴向温度及换热系数 |
| 4.4.2 热工水力参数云图分析 |
| 4.4.3 局部换热特性分析 |
| 4.4.4 加热条件的影响 |
| 4.5 内螺纹管与直管流动换热特性对比 |
| 4.5.1 流动特性对比 |
| 4.5.2 浮升力效应对比 |
| 4.5.3 换热性能对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 螺旋管内超临界水流动换热特性研究 |
| 5.1 物理模型及网格划分 |
| 5.2 湍流模型验证 |
| 5.3 螺旋管内超临界水流动换热数值计算结果分析 |
| 5.3.1 热工水力参数分布 |
| 5.3.2 换热特性分析 |
| 5.4 运行参数影响分析 |
| 5.4.1 热流密度的影响 |
| 5.4.2 入口雷诺数的影响 |
| 5.4.3 运行压力的影响 |
| 5.5 几何参数影响分析 |
| 5.5.1 管径的影响 |
| 5.5.2 螺旋直径的影响 |
| 5.5.3 螺距的影响 |
| 5.6 非均匀加热条件下数值计算结果分析 |
| 5.6.1 加热方式的影响 |
| 5.6.2 入口雷诺数的影响 |
| 5.6.3 热流密度的影响 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（6）超临界CO2对流换热特性试验研究进展（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 冷却条件下的超临界CO2换热特性 |
| 1.1 直管中超临界CO2换热特性 |
| 1.2 螺旋管中超临界CO2换热特性 |
| 1.3 其他通道中超临界CO2换热特性 |
| 2 加热条件下的超临界CO2换热特性 |
| 3 超临界CO2流体换热关联式归纳 |
| 4 结论 |
（7）超临界二氧化碳垂直管内对流换热研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 超临界流体及其热物性 |
| 1.2.1 超临界流体定义 |
| 1.2.2 超临界流体热物理性质 |
| 1.2.3 超临界流体传热特性 |
| 1.3 超临界流体传热研究现状 |
| 1.3.1 概述 |
| 1.3.2 实验研究 |
| 1.3.3 数值研究 |
| 1.4 当前研究存在的问题 |
| 1.5 本课题研究内容 |
| 第2章 实验系统和方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验系统 |
| 2.3 主要实验部件 |
| 2.3.1 电加热系统 |
| 2.3.2 制冷和冷却系统 |
| 2.3.3 预热器和回热器 |
| 2.3.4 系统稳压装置 |
| 2.3.5 系统电绝缘方法和绝缘组件 |
| 2.4 实验参数的测量 |
| 2.4.1 系统流量测量 |
| 2.4.2 压力和压差测量 |
| 2.4.3 温度测量 |
| 2.4.4 电功率测量 |
| 2.4.5 数据采集系统 |
| 2.5 实验步骤 |
| 2.6 实验台密封性、稳定性和重复性实验 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 均匀加热下超临界CO_2管内对流换热特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验段 |
| 3.3 实验数据处理和不确定度分析 |
| 3.4 结果和讨论 |
| 3.4.1 热流密度对传热的影响 |
| 3.4.2 压力对传热的影响 |
| 3.4.3 质量流速对传热的影响 |
| 3.4.4 管径对传热的影响 |
| 3.4.5 入口温度对传热的影响 |
| 3.5 传热机理讨论 |
| 3.5.1 浮升力和流动加速效应对传热的影响 |
| 3.5.2 超临界拟沸腾传热 |
| 3.6 两区传热 |
| 3.7 瞬态压力下CO2的传热特性 |
| 3.7.1 正常传热下瞬态压力结果分析 |
| 3.7.2 传热恶化下瞬态压力结果分析 |
| 3.8 超高参数CO_2在大管径内对流换热特性数值模拟 |
| 3.8.1 数值方法 |
| 3.8.2 数值结果与讨论 |
| 3.9 本章小结 |
| 第4章 非均匀加热下超临界CO_2管内对流换热特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验段 |
| 4.3 数据处理 |
| 4.4 壁温、内壁热流和传热系数的周向分布 |
| 4.5 运行参数对传热的影响 |
| 4.5.1 热流密度的影响 |
| 4.5.2 质量流速和压力的影响 |
| 4.5.3 均匀加热和非均匀加热的比较 |
| 4.6 两区传热 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 超临界流体传热预测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 超临界流体传热关联式 |
| 5.3 超临界流体传热数据库 |
| 5.4 结果与讨论 |
| 5.4.1 K数关联式和其它传热关联式评价与分析 |
| 5.4.2 K数关联式对本数据库实验工况预测 |
| 5.4.3 K数关联式对本数据库外实验工况预测 |
| 5.5 人工神经网络预测超临界传热 |
| 5.5.1 神经网络基础 |
| 5.5.2 ANN传热数据库 |
| 5.5.3 ANN模型结构和验证 |
| 5.5.4 结果和讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 垂直管内超临界CO_2的流动阻力特性 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验段 |
| 6.3 数据处理 |
| 6.4 结果和讨论 |
| 6.4.1 压降变化 |
| 6.4.2 热流密度对摩擦压降的影响 |
| 6.4.3 质量流速和压力对摩擦压降的影响 |
| 6.4.4 阻力系数关联式与评价 |
| 6.4.5 新阻力关联式 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 本论文主要研究结果和结论 |
| 7.2 本论文研究意义及创新点 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）超临界CO2水平直管内冷却换热的数值模拟（论文提纲范文）
| 1 物理与数学计算模型 |
| 1.1 物理模型 |
| 1.2 数学模型 |
| 1.3 求解设置 |
| 1.4 数据处理 |
| 2 结果分析与讨论 |
| 2.1 超临界CO2管内冷却换热温度场及传热系数 |
| 2.2 质量流量对超临界CO2在水平直管内冷却换热的影响 |
| 2.3 进口温度对超临界CO2在水平直管内冷却换热的影响 |
| 3 结 论 |
（9）超临界CO2在螺旋管内冷却换热的（火用）分析及综合换热性能研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究目的及意义 |
| 1.4 本课题研究内容和方法 |
| 2 超临界CO_2在螺旋管内冷却换热实验系统 |
| 2.1 实验系统介绍 |
| 2.2 实验装置 |
| 2.3 测试段结构及运行工况 |
| 2.3.1 测试段结构 |
| 2.3.2 运行工况 |
| 2.4 实验步骤 |
| 3 实验结果分析与讨论 |
| 3.1 实验数据处理 |
| 3.2 实验台验证及不确定度分析 |
| 3.3 不同参数对换热系数的影响 |
| 3.3.1 热流密度的影响 |
| 3.3.2 质量流率的影响 |
| 3.3.3 压力的影响 |
| 3.3.4 螺旋管结构的影响 |
| 3.4 换热关联式的拟合 |
| 3.5 (火用)分析方法 |
| 3.6 由换热引起的(火用)损与摩擦引起的(火用)损的比较 |
| 3.7 不同参数对(火用)损的影响 |
| 3.7.1 热流密度的影响 |
| 3.7.2 质量流率的影响 |
| 3.7.3 压力的影响 |
| 3.7.4 螺旋管管径的影响 |
| 3.8 最优雷诺数关联式的拟合 |
| 3.9 本章小结 |
| 4 螺旋管综合换热性能分析 |
| 4.1 换热性能评价准则(PEC)计算模型 |
| 4.2 运行工况对综合换热性能的影响分析 |
| 4.2.1 热流密度的影响 |
| 4.2.2 质量流率的影响 |
| 4.2.3 流体温度的影响 |
| 4.3 螺旋管结构参数对综合换热性能的影响分析 |
| 4.3.1 曲率的影响 |
| 4.3.2 管径和盘径的单独影响作用分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 主要结论和展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
| B.作者在攻读学位期间参加的科研项目 |
| C.学位论文数据集 |
| 致谢 |
（10）螺旋管中超临界CO2冷却换热性能研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 世界能源现状 |
| 1.1.2 我国能源形势 |
| 1.1.3 制冷剂对环境的影响和应对措施 |
| 1.1.4 我国的余热资源 |
| 1.1.5 跨临界CO_2制冷循环 |
| 1.1.6 跨临界CO_2热泵循环 |
| 1.2 国内外超临界CO_2研究现状 |
| 1.2.1 直管中超临界CO_2换热特性 |
| 1.2.2 螺旋管中超临界CO_2换热特性 |
| 1.2.3 直管中超临界流体流动和换热 |
| 1.2.4 螺旋管中流体流动和换热 |
| 1.3 本文研究目的和内容 |
| 1.3.1 本文研究的目的 |
| 1.3.2 本文研究的内容 |
| 2 水平直管内超临界CO_2换热研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理模型和数值计算模型 |
| 2.2.1 物理模型 |
| 2.2.2 数值计算模型 |
| 2.2.3 数值方法及边界条件 |
| 2.2.4 网格划分和网格独立性证明 |
| 2.2.5 模型验证 |
| 2.2.6 CO_2热物性 |
| 2.3 计算结果及分析 |
| 2.3.1 湍流模型的选择 |
| 2.3.2 速度,温度和湍流动能分布 |
| 2.3.3 对流换热的浮升力作用判断标准 |
| 2.3.4 小管径下热流密度的影响 |
| 2.3.5 大管径下热流密度的影响 |
| 2.3.6 进口温度相同时热流密度的影响 |
| 2.3.7 质量流量的影响 |
| 2.3.8 直径的影响 |
| 2.3.9 加热情况的比较 |
| 2.4 小结 |
| 3 圆形截面螺旋管的特征参数对超临界CO_2换热的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 物理模型和数值计算模型 |
| 3.2.1 物理模型 |
| 3.2.2 数值计算模型 |
| 3.2.3 数值方法及边界条件 |
| 3.2.4 网格划分和网格独立性证明 |
| 3.2.5 二次流的影响因素 |
| 3.3 计算结果及分析 |
| 3.3.1 螺旋管中的换热系数曲线 |
| 3.3.2 不同节距的比较 |
| 3.3.3 不同直径的比较 |
| 3.3.4 不同螺旋管半径的比较 |
| 3.3.5 经验公式的提出 |
| 3.3.6 不同位置换热系数和壁面温度的分布 |
| 3.4 小结 |
| 4 正方形截面螺旋管内超临界CO_2换热研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 物理模型和数值计算模型 |
| 4.2.1 物理模型 |
| 4.2.2 网格划分和网格独立性证明 |
| 4.3 计算结果及分析 |
| 4.3.1 正方形截面的换热系数曲线 |
| 4.3.2 直管和螺旋管中换热系数的比较 |
| 4.3.3 螺旋管中质量流量和流体压力的影响 |
| 4.3.4 螺旋管中浮升力的影响 |
| 4.3.5 螺旋管中的压降 |
| 4.4 小结 |
| 5 螺旋管截面形状对超临界CO_2换热的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 物理模型和数值计算模型 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 网格划分和网格独立性证明 |
| 5.3 计算结果及分析 |
| 5.3.1 非圆形截面的换热系数曲线 |
| 5.3.2 不同截面形状换热系数的比较 |
| 5.3.3 非圆形截面的速度和温度分布 |
| 5.3.4 非圆形截面的湍流动能分布 |
| 5.3.5 非圆形截面重力对传热的影响 |
| 5.3.6 非圆形截面浮升力的影响 |
| 5.4 小结 |
| 6 非圆形截面螺旋管的特征参数对超临界CO_2换热的影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 物理模型 |
| 6.3 正方形截面特征参数的影响 |
| 6.3.1 不同节距的比较 |
| 6.3.2 不同直径的比较 |
| 6.3.3 不同螺旋管半径的比较 |
| 6.3.4 经验公式的提出 |
| 6.4 三角形截面特征参数的影响 |
| 6.4.1 不同节距的比较 |
| 6.4.2 不同直径的比较 |
| 6.4.3 不同螺旋管半径的比较 |
| 6.4.4 经验公式的提出 |
| 6.5 椭圆截面特征参数的影响 |
| 6.5.1 不同节距的比较 |
| 6.5.2 不同直径的比较 |
| 6.5.3 不同螺旋管半径的比较 |
| 6.5.4 经验公式的提出 |
| 6.6 修正的经验关联式 |
| 6.6.1 各截面经验公式值对比 |
| 6.6.2 修正的经验关联式 |
| 6.7 小结 |
| 7 结论和展望 |
| 7.1 本文的主要结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A.作者在攻读博士学位期间发表的论文和专利目录 |
四、超临界CO_2流体管内流动换热（论文参考文献）
- [1]超临界压力CO2冷却换热特性及毛细管换热器研究[D]. 蔡浩飞. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2021
- [2]超临界二氧化碳流动传热数值模拟研究[D]. 闫晨帅. 华北电力大学(北京), 2021
- [3]超临界压力CO2通道内流动换热特性研究[D]. 张海燕. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2021
- [4]超临界流体垂直管流动传热“类沸腾”机理研究[D]. 张海松. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [5]典型通道内超临界水流动换热数值模拟[D]. 张婧怡. 哈尔滨工程大学, 2021
- [6]超临界CO2对流换热特性试验研究进展[J]. 王乃心,杨大章,谢晶,王金锋. 流体机械, 2020(11)
- [7]超临界二氧化碳垂直管内对流换热研究[D]. 朱兵国. 华北电力大学(北京), 2020(06)
- [8]超临界CO2水平直管内冷却换热的数值模拟[J]. 崔海亭,刘思文,王少政. 河北科技大学学报, 2019(03)
- [9]超临界CO2在螺旋管内冷却换热的（火用）分析及综合换热性能研究[D]. 张亚东. 重庆大学, 2019(01)
- [10]螺旋管中超临界CO2冷却换热性能研究[D]. 杨梅. 重庆大学, 2018(09)