微小通道内超临界CO2流动换热特性试验研究

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光热发电是清洁能源利用的一种重要途径近年来,人们提出将超临界CO2布雷顿循环应用于光热发电领域,以提高能源利用效率降低太阳能热电站成本。在上述动力循环中,超临界二氧化碳作为工作介质其流动传热特性直接影响能量传输效率和安全稳定性。然而,超临界CO2拟临界点附近物性变化剧烈,由于变物性、浮升力等的影响,致使超临界CO2流动传热特性复杂多变,流动传热规律明显不同于单相流体。因此,本文以超临界CO2为研究对象,针对其流动传热特性开展试验研究。主要工作和成果如下:(1)自主设计和搭建了一套超临界CO2流动传热试验平台。采用低电压、大电流的交流电加热流体,以模拟太阳能光热电站流体受热过程。回路流量由高压恒流泵供给以提供稳定的回路流量。采用背压阀控制回路压力,并设置高压储罐、冷凝器,以建立稳定的高压闭式循环回路。实时数据由IMP数据采集板采集。(2)开展了高热流、高流速下微通道内超临界CO2传热试验。获取了微通道内超临界CO2典型传热特性曲线。探讨了热工参数对超临界CO2传热特性的影响规律。分析并对比了不同传热关联式对高热流、高流速下微通道内超临界CO2传热规律的预测性能,并评估了典型传热关联式的预测性能。结果表明,在高热流条件下,超临界CO2传热发生了恶化,表现为传热系数随流体温度的升高持续降低并在拟临界点出现局部小峰值。增大质量流速和压力能整体提高传热系数但并不会改变传热系数的变化趋势。减小热流密度,传热系数变化趋势会发生改变,表明传热随热流密度的减小得以恢复。(3)开展了高热流、高流速下微通道内超临界CO2流动阻力试验。获取了微通道内超临界CO2的流动阻力特性,探讨了热工参数对超临界CO2流动阻力的影响规律。对比了不同阻力关联式的预测性能。结果表明,超临界CO2摩擦压降和加速压降在拟临界点会发生突变,加速压降在拟临界点会出现谷值,摩擦因子在拟临界点会出现峰值。增大质量流速摩擦压降会整体增大,摩擦因子峰值大小基本保持不变,其峰值位置会向雷诺数减小的方向移动。提升压力,摩擦压降和摩擦因子峰值整体减小,压力变化对其峰值位置影响微弱。
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