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《华北电力大学》 2015年
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CO_2近临界点冷却换热的理论分析与实验研究

陈祎  
【摘要】:由于日益严峻的节能与环保要求,具有优良热物性和环境友好等特点的自然工质CO_2以跨临界循环技术得到了重新重视。在CO_2跨临界循环中,气体冷却器是与传统制冷或热泵循环不同的部件。在气体冷却器中,CO_2工质的物性在近临界区发生剧烈变化,对换热影响剧烈。因此本文采用理论分析与实验方法研究CO_2近临界点冷却换热的特性,为高效换热器设计提供参考。跨临界CO_2循环的分析和熵分析指出,气体冷却器是影响系统性能的重要部件,其损几乎是系统的一半。影响因素主要是气体冷却器的压力和出口温度等参数,特别是在临界点附近的变化特性。本文采用Matlab分析CO_2在近临界范围内密度、比热、导热系数和动力粘度等物性参数随着压力和温度的变化规律,并运用分子聚集理论和临界点涨落理论分析变化原因。同时在参考已有CO_2近临界区换热的成果基础上,总结得到了近临界区CO_2换热的一种关联式。利用已搭建的试验台,对近临界区CO_2在水平管内的冷却放热进行试验研究,得到了CO_2近临界区放热过程的特性和规律:随着CO_2温度的升高,换热系数迅速增大,在准临界温度附近达到峰值,之后又快速降低;随着CO_2和冷却水质量流量的增大,换热系数越大,峰值越高;换热系数的峰值随着压力的增大而降低。并且根据实验数据,确定了总结的CO_2换热关联式的系数范围。最后采用分布参数法和集中参数法相结合的方法建立了套管气体冷却器的模型,编程模拟管内换热,通过四种选定的换热关联式与本实验关联式对比分析表明:本文的换热关联式能较好地表达CO_2近临界区换热规律。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK124

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