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《北京石油化工学院》 2018年
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两相流高效数值模拟方法及冷凝换热实验平台开发研究

于帅  
【摘要】:冷凝换热现象广泛存在于空调、热泵、以及其它各类换热设备中,而有机工质侧冷凝热阻往往是这些设备中的主要热阻。为了达到提高换热设备效率、高效利用能源的目的,有机工质冷凝换热问题成为了研究热点之一。随着新能源的开发以及各行业余热回收的兴起,换热设备中的冷凝管开始由小管径向大管径方向发展,因此,有必要对大管径冷凝管内两相流动与冷凝换热机理展开研究。为了开展大管径内有机工质冷凝换热研究,本论文在数值模拟方面,针对模拟冷凝换热过程耗时较长,特别是在模拟相界面分布及其周边流动时耗时较长这一问题,构建了“结合BCT-Bi-CGSTAB的VOSET+IDEAL方法”这一两相流高效数值模拟方法。首先通过三个经典算例,将VOSET+IDEAL方法与VOSET+SIMPLER方法和VOSET+SIMPLEC方法进行比较,证明了VOSET+IDEAL方法的可行性和高效性。之后通过相同的算例,分析比较ADI、BCT-ADI和BCT-Bi-CGSTAB三种代数方程组求解方法对VOSET+IDEAL方法求解性能的影响,表明BCT-Bi-CGSTAB方法的优越性,进而证明了“结合BCT-Bi-CGSTAB的VOSET+IDEAL方法”的可行性和高效性。在实验研究方面,本论文针对大管径冷凝管,开发了可视化有机工质冷凝换热实验平台,包括各部件的设计、选型及沿程阻力计算等工作。通过压力实验证明实验平台具有良好的耐压性和气密性,且各传感器读数正常。在此基础上,通过单相校核实验对实验平台进行验证,证明了本论文开发的冷凝换热实验平台运行的稳定性,及实验中采集得到数据的准确性和可靠性。以上研究成果将为后续开展大管径光管及强化管内,有机工质两相流型分布和冷凝换热机理研究,奠定强有力的数值模拟和实验研究基础。
【学位授予单位】:北京石油化工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O359

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