太陽(yáng)能集熱器中超臨界CO_2傳熱行為及朗肯循環(huán)

【摘要】：太陽(yáng)能作為一種新興的可再生能源,具有儲(chǔ)量大、清潔、安全等優(yōu)點(diǎn),目前世界各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能光熱利用的研究和開(kāi)發(fā)。超臨界流體具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),近年來(lái)日益受到重視。本文將太陽(yáng)能與環(huán)境友好型工質(zhì)CO2結(jié)合起來(lái),對(duì)太陽(yáng)能集熱器中超臨界CO2的傳熱行為及規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,并搭建了以超臨界C02為工質(zhì)的太陽(yáng)能朗肯循環(huán)系統(tǒng),對(duì)其循環(huán)性能進(jìn)行探討,為今后設(shè)計(jì)和建造用于生活實(shí)際的太陽(yáng)能朗肯循環(huán)系統(tǒng)提供參考。 本文主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)對(duì)超臨界CO2在水平蛇形管集熱器中的傳熱過(guò)程進(jìn)行模擬研究,考察了質(zhì)量流量、熱流密度、壓力等參數(shù)對(duì)傳熱性能的影響,并將模擬結(jié)果與部分傳熱關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明,增大質(zhì)量流量和熱流密度能夠有效提高超臨界CO2在集熱器中的傳熱性能,但壓力大小對(duì)集熱器進(jìn)出口溫差及平均傳熱系數(shù)沒(méi)有顯著影響；模擬結(jié)果與Gnielinski關(guān)聯(lián)式吻合程度較好。 (2)對(duì)超臨界C02在水平蛇形管集熱器中的流動(dòng)傳熱過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,考察了質(zhì)量流量、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、壓力等參數(shù)對(duì)傳熱性能的影響,并將實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析。研究結(jié)果表明,質(zhì)量流量、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和壓力對(duì)局部傳熱系數(shù)有著重要影響；增大質(zhì)量流量和輻射強(qiáng)度能夠有效提高超臨界CO2在集熱器中的傳熱性能,但壓力大小對(duì)平均傳熱系數(shù)的影響較小；實(shí)驗(yàn)和模擬研究中,局部傳熱系數(shù)都沿集熱器管長(zhǎng)方向先增大后減小,在準(zhǔn)臨界溫度附近達(dá)到最大值,但在相近工況下,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到的局部傳熱系數(shù)明顯小于模擬值。 (3)搭建了以超臨界CO2為工質(zhì)的太陽(yáng)能朗肯循環(huán)系統(tǒng),對(duì)循環(huán)過(guò)程進(jìn)行理論分析。并以某一天的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例,對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明,集熱器出口處工質(zhì)溫度隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增加而增加,但集熱器入口溫度變化很小,換熱器入口溫度相對(duì)波動(dòng)較大,但其出口溫度較為穩(wěn)定,膨脹閥前后的壓力均比較穩(wěn)定；當(dāng)質(zhì)量流量恒定時(shí),集熱效率基本保持穩(wěn)定；朗肯循環(huán)效率的變化趨勢(shì)與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化趨勢(shì)相同,整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)的平均循環(huán)效率約為14%。 【關(guān)鍵詞】：超臨界CO_2 太陽(yáng)能 集熱器 傳熱 朗肯循環(huán)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TK513
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文獻(xiàn)綜述11-28
• 1.1 課題研究背景11-15
• 1.2 太陽(yáng)能資源及開(kāi)發(fā)利用15-18
• 1.3 超臨界CO_2流體及其應(yīng)用18-24
• 1.3.1 超臨界CO_2流體概述18-19
• 1.3.2 超臨界CO_2應(yīng)用19-24
• 1.4 CO_2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)研究進(jìn)展24-27
• 1.4.1 超臨界CO_2制冷工質(zhì)24-25
• 1.4.2 CO_2跨臨界循環(huán)系統(tǒng)25-27
• 1.5 本章小結(jié)27-28
• 2 超臨界CO_2在水平蛇形管集熱器中傳熱過(guò)程的數(shù)值模擬28-46
• 2.1 超臨界CO_2物性參數(shù)28-31
• 2.1.1 超臨界條件下CO_2的熱物性28-29
• 2.1.2 比熱、密度、粘度和導(dǎo)熱系數(shù)分析29-30
• 2.1.3 物性擬合曲線(xiàn)及誤差分析30-31
• 2.2 數(shù)值計(jì)算模型及定解條件31-36
• 2.2.1 數(shù)值模擬方法31-32
• 2.2.2 湍流模型概述32-33
• 2.2.3 模型建立33-35
• 2.2.4 控制方程35
• 2.2.5 邊界條件設(shè)定35-36
• 2.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析與討論36-42
• 2.3.1 質(zhì)量流量對(duì)傳熱的影響36-38
• 2.3.2 熱流密度對(duì)傳熱的影響38-40
• 2.3.3 壓力對(duì)傳熱的影響40-42
• 2.4 模擬結(jié)果與傳熱關(guān)聯(lián)式的比較42-45
• 2.4.1 傳熱關(guān)聯(lián)式介紹42-44
• 2.4.2 模擬結(jié)果與關(guān)聯(lián)式計(jì)算結(jié)果的比較44-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 3 超臨界CO_2在水平蛇形管集熱器中傳熱過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究46-62
• 3.1 實(shí)驗(yàn)裝置與流程46-50
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置46-48
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容48
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟48-50
• 3.2 測(cè)量?jī)x器及測(cè)試方法50-52
• 3.2.1 主要測(cè)量?jī)x器50-51
• 3.2.2 測(cè)試方法51-52
• 3.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析52-54
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論54-60
• 3.4.1 質(zhì)量流量對(duì)傳熱的影響54-56
• 3.4.2 太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)傳熱的影響56-57
• 3.4.3 壓力對(duì)傳熱的影響57-59
• 3.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的比較59-60
• 3.5 本章小結(jié)60-62
• 4 超臨界CO_2為工質(zhì)的太陽(yáng)能朗肯循環(huán)系統(tǒng)研究62-71
• 4.1 循環(huán)系統(tǒng)概述及理論計(jì)算62-64
• 4.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與流程64-65
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置64-65
• 4.2.2 參數(shù)測(cè)量65
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)方案及步驟65
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論65-69
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析66-68
• 4.3.2 集熱效率68-69
• 4.3.3 循環(huán)效率69
• 4.4 本章小結(jié)69-71
• 結(jié)論71-72
• 主要符號(hào)表72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 附錄A 用于計(jì)算CO_2物性的UDF程序77-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

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