【摘要】：太陽(yáng)能是一種可再生能源,具有環(huán)保、可持續(xù)的優(yōu)勢(shì),是應(yīng)對(duì)能源短缺和氣候變化的重要選擇之一。采用有機(jī)工質(zhì)的槽式直膨系統(tǒng)以太陽(yáng)輻射為熱源,產(chǎn)生的氣體可直接進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)做功,熱功轉(zhuǎn)化效率較高,且規(guī)模較小,運(yùn)行溫度壓力較低,集熱效率更高,適用于分布式能源系統(tǒng),目前相關(guān)研究較少,技術(shù)可行性有待驗(yàn)證。為此,建立實(shí)驗(yàn)臺(tái),研究非均勻熱流下R245fa的沸騰傳熱性能,可為有機(jī)工質(zhì)槽式直膨系統(tǒng)的應(yīng)用提供參考,具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。采用實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了非均勻熱流下R245fa在水平圓管內(nèi)的流動(dòng)沸騰特性,主要工作和結(jié)論如下:1、設(shè)計(jì)并建立非均勻熱流下R245fa流動(dòng)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),主要由預(yù)熱段、實(shí)驗(yàn)測(cè)試段、冷凝段和工質(zhì)泵等四分組成,實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)段內(nèi)徑為29 mm,實(shí)驗(yàn)工況為質(zhì)量流速80~160 kg/(m~2·s)、熱流密度8~14 kW/m~2、飽和溫度55~75℃、干度0~0.35。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,研究干度、質(zhì)量流速、熱流密度及飽和溫度等參數(shù)對(duì)沸騰換熱系數(shù)的影響,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和四種常用兩相換熱關(guān)聯(lián)式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。結(jié)果表明:1)在周向非均勻熱流和低干度條件下,分層流區(qū)域內(nèi)R245fa的換熱系數(shù)隨干度的增大而減小;2)沸騰換熱主要受氣泡作用的影響,質(zhì)量流速的變化對(duì)R245fa換熱系數(shù)幾乎沒(méi)有影響;3)較高的熱流密度容易形成更多的汽化核心,核態(tài)沸騰得到顯著增強(qiáng);4)隨著飽和溫度的增加,生成氣泡所需壁面過(guò)熱度下降,兩相換熱系數(shù)隨之增加;5)現(xiàn)有關(guān)聯(lián)式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)普遍偏小;6)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)了新的換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式,對(duì)于95.4%的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)偏差在±20%以?xún)?nèi),對(duì)所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均預(yù)測(cè)偏差為-4.56%,絕對(duì)平均偏差為8.84%。3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況,采用數(shù)值模擬軟件Fluent對(duì)非均勻熱流下R245fa在水平管內(nèi)的流動(dòng)沸騰換熱進(jìn)行研究。模擬結(jié)果顯示,氣泡運(yùn)動(dòng)破壞了非均勻熱流在流體內(nèi)部產(chǎn)生的二次流,強(qiáng)化了流動(dòng)換熱�，F(xiàn)有多相流模型Lee模型沒(méi)有考慮非均勻熱流對(duì)氣泡產(chǎn)生的增強(qiáng)作用,有必要完善現(xiàn)有源項(xiàng),尤其是在低干度的區(qū)域內(nèi)。
【圖文】：

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性分析。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理為使有機(jī)工質(zhì)能在管道中在設(shè)定工況下流入、在設(shè)定加熱量下相變，整個(gè)驗(yàn)系統(tǒng)由預(yù)熱段、非均勻加熱實(shí)驗(yàn)段、冷卻部件、動(dòng)力部件四個(gè)主要部分組成其中非均勻加熱實(shí)驗(yàn)段為核心。圖 2-1 和圖 2-2 分別是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)實(shí)物圖。工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)過(guò)程如下：流體先在預(yù)熱段中受熱升溫，通過(guò)外部加量的控制，使流體以接近飽和的狀態(tài)進(jìn)入非均勻?qū)嶒?yàn)段，在實(shí)驗(yàn)段中受到壁面非均勻加熱進(jìn)入兩相狀態(tài)，流出實(shí)驗(yàn)段后經(jīng)過(guò)節(jié)流降壓，進(jìn)入冷凝器被冷凝成冷液，經(jīng)過(guò)工質(zhì)泵的加壓進(jìn)入下一輪循環(huán)。實(shí)驗(yàn)主要測(cè)量的參數(shù)包括實(shí)驗(yàn)段流進(jìn)出口溫度和壓力、進(jìn)口體積流量和管壁溫度，，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，可以得到體飽和溫度、質(zhì)量流速和熱流密度對(duì)兩相換熱系數(shù)和管壁溫度分布的影響，從得到非均勻熱流對(duì)有機(jī)工質(zhì)兩相流動(dòng)換熱過(guò)程的影響。

圖 2-2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)物圖Figure 2-2 Picture of experiment platform預(yù)熱段熱段的作用是將流體的溫度加熱到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度，使得流體以接進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段。為此，預(yù)熱段選擇銅管外纏繞金屬加熱絲的設(shè)計(jì)，通的兩端電壓來(lái)控制管壁的加熱量。預(yù)熱段選用內(nèi)徑為 29 mm，外導(dǎo)熱系數(shù)和加工性能較好的紫銅管，總長(zhǎng)為 2.5 m，由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)長(zhǎng)被分成了等長(zhǎng)的兩段。預(yù)熱段的設(shè)計(jì)最大加熱量為 7 kW，為此在等長(zhǎng)地纏繞了 6 段鎳鉻加熱絲，鎳鉻絲直徑為 0.5mm，每米電阻段加熱絲的電阻在 42 Ω 左右。保證金屬絲和紫銅管的絕緣，先用手持式電動(dòng)磨砂機(jī)將紫銅管的外，然后纏上有粘性的聚酰亞胺耐高溫絕緣膠帶，這樣金屬絲通過(guò)絕給銅管加熱，只要高溫膠帶不破裂，它就能起到絕緣的作用，在測(cè)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TK124

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 常春;張強(qiáng)強(qiáng);李鑫;;周向非均勻熱流邊界條件下太陽(yáng)能高溫吸熱管內(nèi)湍流傳熱特性研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年17期

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1 李鵬;制冷劑氟乙烷（HFC-161）管內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱特性研究[D];浙江大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2613184