超临界二氧化碳D型管内对流换热研究.pdf

机械设计与制造
第7期
lachinery Design Manufacture
2010年7月
文章编号:1001-3997(2010)07-0102-02
超临界二氧化碳D型管内对流换热研究
张丽娜刘敏珊2董其伍2
(郑州航空工业管理学院,郑州450015)(2郑州大学热能工程研究中心,郑州450002)
Research of convective heat transfer of supercritical carbon dioxide in D-shape tube
ZHANG Li-na, LIU Min-shan, DONG Qi-wu
(Zhengchou Aviation Industry Management College, Zhengzhou 450015, China)
2 Thermal Energy Engineering Research Centre, Zhengzhou University, Zhengzhou 450002, China
【摘要]D型管換热器应用于快速气冷堆超临界二氧化碳循环中,对超临界二氧化碳在竖直D型3
管中的对流换热进行了计算研究。分析二氧化碳质量流量、冷却水质量流量以及当量直径等参数对超临
界二氧化碳对流換热的影响。结果表明,由于准临界点附近剧烈变物性的影响超临界二氧化碳在D型管
内的对流换热非常复杂。对流挽热随着温度远离准临界温度,热流密度的増加不断减弱。流量对对流換热ミ
的影响比较复杂。在准临界温度附近,浮升力对换热有一定的影响
关键词:快速气冷堆;超临界二氧化碳;D型管;对流换热
Abstract D-shape tube heat exchanger is used in supercritical CO cycle for fast gas-cooled reac
5 ors. It convective heat transfer of supercritical carbon dioxide in vertical D-shape tube is researched. The
influence ofco2 mass flu, water mass flux and equivalent diameter to heat transfer of supercritical CO2 is
analysed. The rusults show that convective heat trans/er is very complex effected by the changed sharply s
physical properties near the critical point. The convective heat transfer is reduced along with far away criti
s cal temperature and heat flux increasing is weaker, and the e//ect of mass flux is more complex. Buoyancy
s has certain in/luence near the crilical temperature.
Key words: Fast gas cooled reactor Supercritical CO D-shape tube; Convection heat transter
中图分类号:TH16文献标识码:A
前言
物性输入采用 plecewise-iner:湍流模拟米用 plece wlse- -linero
氯氟烃类制冷工质对炱氧层有破坏作用并且产生温室效应
使制冷与空调行业面临重挑战,寻找高效绿色环保制冷工质已
成为当前国际社会共同关注的问题。二氧化碳由于其独特性质使
其作为自然制冷工に质获得了再兴,有望成为本世纪理想的环保制
冷剂之一。在超临界状态下,很小的流体温度变化将导致热物性
有较大的改变。超临界二氧化碳在细小管道中对流换热的研究正
图]D型管式换热器结构
吸引着越来越多的关注。
湍流模拟采用RNGk-增喦壁面函数模型,接近壁面第
由于结构紧凑、承压性好的特点,D型管式换热器。对于临界个节点的y值均小于1。同时计算结果进行了?格独立性验证。
一氧化碳循环系统非常适用,如图1所示。D型管式换热器流动通压力速度耦合采用 SIMPL I(-算法。柔用质量流率进口,压力出口。
道通过对金属板进行化学腐蚀产生,然后多层板通过扩徴料结在ー流体竖自向上流动,固体壁面与流体耦合。冷却段长度为150mm,
起,所以不仅结构紧凑,而且能够提供足够的强度对于圆形管或通进山段和出口段均为25demm(de为D型管当量直径)。模拟结构,
道中的超临界二氧化碳検热已经有较多的报道研究了D型管式換如图2所示。厚为057m,外面水箱为长方形(1.27mx
热器整体的换热性能,但对D型管中局部換热特性的报道还比较9635mm)CO2操作压力为88Mpa,临界温度(Tpec)为312.15K。进
少见,主要针对单个D型管中局部对流换热特性进行计算研究、得口温度为343.15K,冷却水的进!温度为286.15K
到冷却条件下超临界二氧化碳的局部对流换热系数,讨论了CO2
流道内控制方程为
质量流量、冷却水流暈及管径等对流动和换热的影响。
连续性方程:
rV)=0
2数值模拟物理模型及控制方程
动量方程:《
r~+(ァVv)=(mV)-Prg
模拟计算利用计算流体力学软件 FLUENT.模型采用变物
性,所有物性均通过计算热物性流体性质软件 REFPROP获得
能量方程:()+(-V
(3)
大来稿日期:2009-09-11