有机工质蒸发器数值模拟与实验研究

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有机朗肯循环系统通过低沸点有机工质回收利用余热余能,是有效的低温余热余能的再利用技术。蒸发器作为系统中的重要换热设备,其流动传热效率影响着整个系统的效率,本文采用数值模拟和实验研究的方法对板式蒸发器的流动传热性能进行了研究,主要内容如下:  1、运用Aspen EDR换热器设计模拟软件,对有机朗肯循环系统常用的满液式、降膜式和板式蒸发器进行结构和性能分析。在相同工况参数下,对比三种蒸发器的结构尺寸、造价和综合传热因子,结果表明板式蒸发器最适用于有机朗肯循环系统。  2、采用计算流体软件Fluent研究了人字形波纹板片几何尺寸对有机工质板式蒸发器流动传热性能的影响,建立板式蒸发器单流道模型,采用单因子变量法分别改变波纹倾角β,波纹高度H,波纹间距λ,分析研究了流体的流型、传热系数、含气率和压降的变化。综合分析了不同模型下流体的努塞尔数、阻力系数以及综合传热因子,结果表明,波纹倾角β=70°,波纹高度H=3.3mm,波纹间距λ=13.2mm时各模型的综合传热因子最大,传热性能最好。  3、利用Aspen EDR软件对有机工质板式蒸发器进行了整体模拟,更全面的分析了波纹板片的波纹倾角、波纹高度对性能的影响,分析了板式蒸发器的传热系数、压降、含气率的变化规律,其结果与fluent模拟结果一致。同时模拟了本实验系统所用蒸发器在不同工况下的性能,分析了热源温度、工质流量、工质进口温度对蒸发器性能的影响,可得该蒸发器的最佳工况为:热源温度125℃,工质流量0.15kg~0.2kg/s,工质进口温度为15℃~20℃。  4、基于有机朗肯循环系统实验平台,对板式蒸发器的传热进行实验研究。分析换热器单相流、两相流传热流动过程,实验测得冷、热流体的温度、压力、气体含量等变化规律,拟合出两种流动的努塞尔数和阻力系数的计算公式。
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