亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        跨臨界CO2熱泵中蒸發(fā)器的數(shù)值模擬

        2014-07-20 11:53:13豆君君何哲彬任瑩瑩

        豆君君 呂 靜 何哲彬 任瑩瑩 徐 峰

        上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院

        跨臨界CO2熱泵中蒸發(fā)器的數(shù)值模擬

        豆君君 呂 靜 何哲彬 任瑩瑩 徐 峰

        上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院

        運(yùn)用CFD數(shù)值模擬的方法,通過(guò)編寫(xiě)自定義函數(shù)來(lái)設(shè)置氣液質(zhì)量轉(zhuǎn)移源項(xiàng)、能量源項(xiàng)和管外壁溫度邊界條件,對(duì)簡(jiǎn)化后的跨臨界CO2熱泵熱水器中蒸發(fā)器進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了管內(nèi)二氧化碳的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和氣液相分布。模擬結(jié)果表明:CO2流體在進(jìn)入彎管前已出現(xiàn)干涸現(xiàn)象,但進(jìn)入彎管后干涸現(xiàn)象消失,液相氣化速度變緩,出彎后重新恢復(fù)正常氣化過(guò)程;CO2在管上部的氣化速度要大于管下部,同時(shí)由于管壁換熱作用,管四周的氣化速度要大于管中心位置。

        CO2跨臨界蒸發(fā)器數(shù)值模擬

        0 引言

        在節(jié)能減排和環(huán)保的大背景下,跨臨界CO2系統(tǒng)正受到越來(lái)越多研究者的重視??缗R界CO2熱泵熱水器作為跨臨界CO2系統(tǒng)的一種應(yīng)用,在一些國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始商業(yè)化,但由于技術(shù)尚未成熟且投資較高,系統(tǒng)還未全面推廣[1]。蒸發(fā)器作為跨臨界CO2熱泵熱水器的重要部件,其內(nèi)部包含湍流、沸騰換熱等復(fù)雜的流動(dòng)與換熱過(guò)程。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件的限制,很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出CO2蒸發(fā)器內(nèi)的壓力、速度、溫度和氣液相等參數(shù)分布。

        由于數(shù)值模擬能較準(zhǔn)確地模擬出CO2蒸發(fā)器內(nèi)的流動(dòng)和換熱的細(xì)節(jié),故對(duì)揭示CO2蒸發(fā)器內(nèi)流動(dòng)和換熱的規(guī)律具有實(shí)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)超臨界CO2換熱特性[2~4]和亞臨界CO2兩相沸騰換熱[5~7]做了數(shù)值模擬方面的研究也越來(lái)越多。為了能夠設(shè)計(jì)出高效的CO2蒸發(fā)器,有必要對(duì)CO2兩相流動(dòng)和沸騰傳熱特點(diǎn)進(jìn)行研究。用自定義函數(shù)對(duì)流動(dòng)控制方程中氣液兩相的質(zhì)量轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)移源項(xiàng)進(jìn)行了編程,通過(guò)對(duì)蒸發(fā)器模型的簡(jiǎn)化和對(duì)邊界條件的合理設(shè)定,數(shù)值模擬了跨臨界CO2熱泵熱水器中蒸發(fā)器內(nèi)CO2流動(dòng)與兩相沸騰換熱的過(guò)程。

        1 物理模型

        1.1 模型的簡(jiǎn)化

        實(shí)驗(yàn)研究的CO2蒸發(fā)器采用的是不銹鋼殼管式蒸發(fā)器,如圖1所示,CO2制冷劑在管內(nèi)流動(dòng),為雙流程;冷凍水在管外流動(dòng),為單流程。蒸發(fā)器內(nèi)的換熱管共有37根,累計(jì)全長(zhǎng)為1.7m換熱管內(nèi)徑為6mm,管壁厚為2mm。殼體內(nèi)換熱管按正三角形排列,管間距為20mm,殼體上部的管數(shù)為22根,下部的管數(shù)為15根。換熱器殼體內(nèi)徑為147mm,壁厚6mm,殼體內(nèi)的管板厚30mm。蒸發(fā)器內(nèi)折流板共設(shè)有19塊,每塊折流板厚5mm,折流板上、下缺口高度為30mm,缺口內(nèi)管子數(shù)為4根。此結(jié)構(gòu)的CO2蒸發(fā)器網(wǎng)格劃分很繁瑣,劃分出的網(wǎng)格過(guò)于龐大,故對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化,以便于數(shù)值模擬。

        圖1 CO2蒸發(fā)器

        簡(jiǎn)化后的模型用來(lái)模擬CO2在原蒸發(fā)器單管中的流動(dòng)沸騰換熱,模型如圖2所示。為了盡量與原CO2蒸發(fā)器單管內(nèi)的CO2流動(dòng)換熱相吻合,此模型的2根換熱管用圓弧的方式相連接來(lái)達(dá)到模擬CO2雙流程的流動(dòng)方式,管內(nèi)外直徑分別為6mm和10mm,直線段管長(zhǎng)1.645m,尺寸與原蒸發(fā)器內(nèi)單管的管徑與管長(zhǎng)保持一致。由于模擬的重點(diǎn)為管內(nèi)的CO2側(cè),故忽略水測(cè)的流動(dòng)和換熱,并假設(shè)外壁溫度沿管長(zhǎng)為線性變化。

        圖2 簡(jiǎn)化后的CO2蒸發(fā)器單管模型

        1.2 邊界條件的設(shè)置

        在數(shù)值模擬的邊界條件方面,由于CO2蒸發(fā)器中CO2入口有15根換熱管,通過(guò)對(duì)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,只對(duì)一根換熱管進(jìn)行模擬,故模擬時(shí)CO2流量取實(shí)驗(yàn)流量的1/15進(jìn)行計(jì)算。以某一實(shí)驗(yàn)工況為例,數(shù)值模擬的邊界條件設(shè)置如下:

        1)CO2入口:采用速度入口邊界條件。入口速度v=0.2m/s;入口溫度Ti=276.42K;氣相體積分?jǐn)?shù)α= 0.796,湍流強(qiáng)度I=0.06;水力直徑DH=0.003m。

        2)CO2出口:采用壓力出口邊界條件。其中出口壓力Po=3797000Pa;氣相體積分?jǐn)?shù)α=1。

        3)換熱管外壁:采用壁面邊界條件。用用戶自定義函數(shù)設(shè)定壁面溫度從282.66K線性變化到285.65K。

        2 模擬結(jié)果分析

        2.1 氣液相分布模擬結(jié)果

        圖3(a)和(b)為CO2蒸發(fā)器中一根單管沿管長(zhǎng)CO2氣液相分布圖,圖中的不同顏色表示CO2流體中氣液相占混合物的體積分?jǐn)?shù)。在圖3(a)和(b)中,兩相CO2流體從右下方流入,從右上方流出,藍(lán)色液相的比重逐漸減小,紅色氣相比重逐漸增多。模擬結(jié)果顯示入口的CO2氣相體積分?jǐn)?shù)為0.796,出口為1,符合模擬前邊界條件的設(shè)置。從圖3(b)中還可以發(fā)現(xiàn),在CO2流體進(jìn)入彎管前,管的頂部的氣相體積分?jǐn)?shù)已達(dá)到1,說(shuō)明已經(jīng)出現(xiàn)干涸現(xiàn)象,但CO2流體進(jìn)入彎管段后,干涸區(qū)逐漸消失。這是由于原處于管中下部的液相,在離心力作用下,被甩到上部,與管上部的氣相混合。此外,彎管的外管壁并沒(méi)有設(shè)定溫度邊界,默認(rèn)與外界絕熱,彎管中的液相并沒(méi)有大量吸收管壁的熱量,氣液轉(zhuǎn)換速度變緩。

        圖3氣液相分布左、右視圖

        圖4 (a)~(h)為入口處、離入口0.045m、0.845m、1.645m、離出口1.645m、0.845m、0.045m及出口處管內(nèi)截面上的氣液分布圖。在圖4(a)中,入口截面的氣相體積分?jǐn)?shù)為0.796;圖4(b)為0.045m截面處的氣液分布,管壁四周的液相經(jīng)過(guò)沸騰換熱已開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵芙孛嫔喜孔罡咛幍臍庀囿w積分?jǐn)?shù)為0.82;在CO2流體流過(guò)0.845m后,如圖4(c)所示管截面中心處的液相已發(fā)生氣化,管截面上部最高的氣相體積分?jǐn)?shù)為0.97;在1.645m截面處,如圖4(d)所示管截面上部的氣相體積分?jǐn)?shù)為1,已出現(xiàn)干涸;圖4(e)為CO2流體離出口1.645m處的截面,即流出彎管段的截面,由于在彎管段氣液轉(zhuǎn)換速度變緩以及離心力的作用,與圖4(d)相比彎管出口截面上氣相體積分?jǐn)?shù)的變化梯度明顯變??;在離出口0.845m處,如圖4(f)所示管截面上部干涸區(qū)域擴(kuò)大,管中心處的氣相體積分?jǐn)?shù)也已達(dá)到0.98;在離出口0.045m處,如圖4(g)所示管內(nèi)大部分區(qū)域已干涸;到了出口狀態(tài),如圖4(h)所示管內(nèi)CO2流體已全部氣化。從入口到出口這8張截面圖可以發(fā)現(xiàn)CO2流體在管內(nèi)沸騰換熱過(guò)程中,由于重力作用,管上部的氣化速度要大于管下部;同時(shí)由于管壁換熱作用,管四周的氣化速度要大于管中心位置。

        圖4 不同位置截面處氣液相分布圖

        2.2 溫度場(chǎng)模擬結(jié)果

        圖5為CO2蒸發(fā)器單管直管段外壁的溫度分布,從圖中可以看到,溫度的分布符合外壁溫度線性變化的邊界條件設(shè)置。圖6為在CO2蒸發(fā)器單管中間處截面的CO2溫度分布圖。從圖中可以看到,由于在沸騰換熱過(guò)程中熱量主要是以潛熱的形式表現(xiàn)出來(lái),所以在汽液轉(zhuǎn)換過(guò)程中CO2流體的溫度沒(méi)有發(fā)生變化,但在接近出口處的管上部,由于CO2流體已完全氣化,氣態(tài)CO2繼續(xù)吸收管壁熱量,使得溫度有所上升。模擬結(jié)果顯示,CO2流體的入口溫度為276.4K,出口溫度為279.7K。

        圖5 管外壁溫度分布圖

        圖6 CO2溫度分布圖

        3 結(jié)論

        對(duì)簡(jiǎn)化后的跨臨界CO2熱泵熱水器中的蒸發(fā)器模型,運(yùn)用CFD進(jìn)行了數(shù)值模擬,從模擬出的溫度和氣液分布中可得到以下結(jié)論:

        1)CO2流體在進(jìn)入彎管前在管上部已經(jīng)出現(xiàn)干涸現(xiàn)象,但進(jìn)入彎管后干涸現(xiàn)象消失。彎管的外管壁默認(rèn)與外界絕熱,彎管中的液相并沒(méi)有大量吸收管壁的熱量,液相氣化速度變緩,出彎后重新恢復(fù)正常氣化過(guò)程。

        2)CO2流體在管內(nèi)沸騰換熱過(guò)程中,由于重力作用,管上部的氣化速度要大于管下部;同時(shí)由于管壁換熱作用,管四周的氣化速度要大于管中心位置。

        3)CO2在管內(nèi)沸騰換熱過(guò)程中溫度不變,在換熱管出口的前一小段CO2流體已全部氣化,隨后氣態(tài)CO2繼續(xù)吸收管壁熱量,使得溫度有所上升。

        [1]楊宗凌,陳汝?yáng)|.CO2工質(zhì)在熱泵熱水器中的應(yīng)用[J].節(jié)能, 2007,297(4):37-40

        [2]Liao S M,Zhao T S.A numerical solution to lam inar forced convection of supercriticalCO2in small-diameter tubes[J].Progr -ess in Computational Fluid Dynam ics,2002,24(2):144-152

        [3]徐軼君,姜培學(xué),李勐,等.豎直圓管中超臨界CO2對(duì)流換熱數(shù)值模擬[A].見(jiàn):中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].上海:中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì),2002

        [4]饒正華,廖勝明.超臨界CO2管內(nèi)湍流流動(dòng)和傳熱的數(shù)值模擬[J].流體機(jī)械,2005,33(1):48-53

        [5]楊亮,丁國(guó)良,黃冬平,等.亞臨界二氧化碳換熱特性研究進(jìn)展[J].制冷學(xué)報(bào),2003,(4):28-34

        [6]許佳偉,劉華坪,陳浮,等.殼管式換熱器殼側(cè)汽液兩相流場(chǎng)三維數(shù)值模擬[J].汽輪機(jī)技術(shù),2009,51(4):261-264

        [7]楊俊蘭.制冷劑CO2兩相流動(dòng)及沸騰傳熱特點(diǎn)分析[A].見(jiàn):中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)2008年傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].鄭州:中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì),2008

        Num e ric a l Sim u la tion o f the Evapo ra to r in Trans-c ritic a l CO2Hea t Pum p

        DOU Jun-jun,LV Jing,HEZhe-bin,REN Ying-ying,XU Feng
        Collegeof Environmentand Architecture Engineering,University of Shanghai forScienceand Technology

        The simplified CO2evaporatorwas simulated through compiling UDF(User-Defined Function)to setmass transfer source team,energy source term and temperature boundary condition on outside wall of tube,by using the method of CFD.Temperature field,pressure field and phase distribution in CO2evaporatorwas revealed.The results of simulation showed that the dry-up phenomena appearsbefore CO2entering the curved partof the pipe and disappears in the curved part of the pipe.Furthermore,the speed of CO2gasification in the top of the pipe is faster than that in the bottom of the pipe.As the role of heat transfer in thewall of the pipe,the speed of CO2gasification around the pipe is also faster than thatin the centerof the pipe.

        CO2,trans-critical,evaporator,simulation

        1003-0344(2014)02-034-4

        2013-4-15

        豆君君(1987~),女,碩士研究生;上海市楊浦區(qū)軍工路516號(hào)上海理工大學(xué)城建樓407室(200093);E-mail:suri_dou@163.com

        午夜毛片不卡免费观看视频| 国产成人亚洲合集青青草原精品| 亚洲人成人一区二区三区| 女同av在线观看网站| 国产乱人伦AⅤ在线麻豆A| 亚洲一区二区三区成人在线| 亚洲av推荐网站在线观看| 福利利视频在线观看免费| 熟女人妻中文字幕av| 97se亚洲国产综合自在线观看| 18禁无遮拦无码国产在线播放| 97在线观看| 亚洲级αv无码毛片久久精品| 四虎国产精品视频免费看| 日本视频一区二区三区免费观看 | 麻豆av毛片在线观看| av免费一区二区久久| 精品伊人久久大线蕉色首页| 99精品视频在线观看免费| 亚洲综合免费| 亚洲国产免费一区二区| 在线观看一区二区中文字幕| 影音先锋久久久久av综合网成人| 亚洲av无码乱码在线观看性色| 久久国产精品久久久久久| 国产农村妇女高潮大叫| 国产成人丝袜在线无码| 麻豆国产精品伦理视频| 亚洲亚色中文字幕剧情| 无码免费一区二区三区| 岛国大片在线免费观看| 看全色黄大黄大色免费久久| 色婷婷av一区二区三区丝袜美腿 | 国产a√无码专区亚洲av| 亚洲尺码电影av久久| 绿帽人妻被插出白浆免费观看| 亚洲无人区乱码中文字幕动画| 日本动漫瀑乳h动漫啪啪免费 | 破了亲妺妺的处免费视频国产| 久久久国产精品粉嫩av| 亚洲综合日韩精品一区二区|