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超临界CO_2流体管内流动换热

中国换热器网 2015-07-27

  氧化碳作为工质*早可追溯到19世纪末。  使2制冷系统得到广泛的应。然1到20世纪40年代时,2被当时称为安全的制冷于类和,戈破坏臭氧层的报告,他们指出0和0〉破坏了大气层的臭氧层。  由于这个重大的发现引发了寻找,奶娲,锏娜瘸薄0厂需替代的首要原因是因为它们破坏臭氧层,因此新的替代工质必须对于臭氧层没有破坏。由于喙ぶ识杂诔粞醪忝挥衅苹盗Μ成为替代,8的要工质。特别圮41作为1不破坏臭氧层,但它们化学性稳定,释放后能够积累,这*终会导致明显的温室效应。因此财,类工质不能作为长久的工质使用。虽然人们可以合成性能更佳的工质,但由于制冷剂的使用量非常大,展终将不可避免地使相当部分抓漏到大气中去。  任何大量人工合成物质排放到自然界中,都会对于环境带来未知的影响,因此现在种普遍的观点是采用自然工质。所以,近年来的研宄目标指向了自然质,如002,氨,碳。,化合物,水,空1等,1992年,前国际制冷学会主,挪威工业大学理论,并试制了世界上第台轿车空调系统样机2,由此引发了研宄,的新轮热潮。  从微观角度来看2是发生了个从液相流体到气相流体的连续转变过程51.在超临界压力下。变物忡是流体的牛1要特征之。尤其足在临界点附近压力为超临界压力的。2倍处。物性中可以看到,在超临界压力下,的物性参数在很小的温度区间内剧烈变化。只有密度是单调变化很陡的温度峰值。并且,随着压力的增加,其峰值逐渐减小。定义给定压力下比热达到峰值的那个温度叫准临界温度。随着压力的升尚。准临界温度也持续上7美国附分标准定义02准临界温度为句。  亨者3旗6,月尹从绪等超临界,2流体管内流动换热所谓超临界流体的对流换热,通常是指当压力高于临界压力,温度在临界温度附近时的对流换热。在这种参数条件下流体处于单相状态,液体与气体之间可以实现连续的转换而没有潜热的吸收或放出。因此1在绝火多数对超临界流体对流换热对流换热问。  3.1热流密度的影响3热流密度很低,流体的温度变化及流体与荇壁间的温差都很小。因此。受边对流换热系数可以按照常物性条件下的计算式计算1或由于导热系数和动力粘度的变化趋势相似,因此,由上式可以推断导热系数和动力粘度对又寸流换热系数的影响不大。而比热在准临界温度附近的变化非常剧烈,因此,对流换热系数随温度的变化关系与比热和温度的关系相似。当热流密度很低时,在准临界温度附近对流换热系数的峰值若流体的温议沿管道长度方向有定照上式计算出来的对流换热系数沿管道长度方向并不是常数。  当热流密度较高或很高时,流体的流动方向水平竖直向上竖直向下对对流换热有很大影响。在某些条件下管径流量热流密度管道中人进了实验研允与理论探素对其原因比较,致的斤法是在流体向上流动的对流换热过程中,当自然对流的影响很小时,传热的恶化主要是由于物性本身的影响,而非自然对流所为;在自然对流的影响比较显著的条件下,浮升力引起近壁区流体的加速流动,从而使流场发生变化,剪切应力和紊流粘性系数减小,紊流引起的动量和热量传递减弱,使对流换热恶化。  3.2浮升力影响浮升力对,俳缌魈宓那科溶袅鞯挠跋旌苄但对超临界,的换热影响很大。3.河上30在实验中发现对管内径为2.16心105时,浮升力的影响仍不能忽略力。因此,浮升力判据是对竖直管,瓜和1;1也8,提出了以下准其中是格拉晓夫数=以,是流休的平均密度,如6由局部流体乳。度得到的物性矣数。  杖吐提出在水平管中孚升力可忽略的判,其中下标;指按壁面温度计算。  3.3润滑油的影响当超临界,32流体中含有润滑油时,其换热系数和压降的绝对位都有很大货化。8.1和,句的研发现矜内换热系数,大值会减小,但其位置并不受所加的少量润滑油的影响。即在含油和不含油情况下,换热系数的*大值都在准临界温度处。当含油量,加时峰值将降低,峰值的降低幅度可超过50.试验明5的油浓度下换热系数平均降低25,而在2的浓度时换热系数平均降低15.同时。加少*的油将增大压降。  3.4其它参数的影响许多研宄分析了压力流体与壁面温差管径流量等对换热系数的影响。但得出了些相不致甚至相矛盾的结论。节者认为有些彩响换热略其耦合因素,自然导致不合理的结论。  4计算关联式032作为工质,己经有100多年的研究历史,得出了很多的关联式。但是,它们或者应用范围比较窄。或荇计算误差较大,到目前为止,还没有个通用性很好的关联式。因此,给计算带来了很大的+便。  受迫付流所有关联式。并勾水和,2的实验结果进行了对比,他们认为*准确的是发于1966年前殖着机械制造工艺的发展和超临界以研允的不断深入,2制冷系统的样机和初级产品中所使叫的换热器中的管径在逐渐的减小现在采用的流式换热器管径为79.因此常规尺寸下得出的关联式不再适用。针对此情况河。,171研允了2在水,微细管中的冷却换热,得出了以下关联式目前的微通道管路换热器的计算,尤其是,2汽车空调和热栗的应用。  5结束语尽荇对超临界2流体的管内流动换热研究正在深入进行,并取得了很大的进步,但其研究还不很充分。没有个物性参数能完整的描述超临界流体的换热特性,对准临界流体的变物性的解释不能形成系统理论。另外。些研允结果彼此之间不统431存在些矛盾。计兑时关联式的选择对于常规管段中,02的超临界换热使用,1关联式准确性较高对厂微细管宜采用8.,得出的关联式。另外,付于。在微细管道内的流动换热研宄的也较少,还没得到令人满总的解释。这将是今的1个研,方向。需要进步研宄的内容主要有润滑油对换热系数和压降

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