超臨界二氧化碳自適應(yīng)流道回?zé)崞餮芯?pdf

1、核能作為一種清潔能源，是未來(lái)能源領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一，而再壓縮超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)由于其換熱效率高、能量密度大和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是第四代核反應(yīng)的最佳循環(huán)類型之一，具有非常大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。在超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)中，低溫回?zé)崞鞯膿Q熱性能和水力性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)有重要影響，而處于超臨界狀態(tài)的二氧化碳物性隨溫度劇烈變化成為制約回?zé)崞餍阅艿闹匾蛩?。本文針?duì)超臨界二氧化碳物性隨溫度變化的特性，提出自適應(yīng)流道設(shè)計(jì)以提高超臨界二氧化

2、碳再壓縮布雷頓循環(huán)中低溫回?zé)崞鞯膫鳠岷土鲃?dòng)特性，并通過(guò)系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)這種新型回?zé)崞鬟M(jìn)行了研究。
　　本文在對(duì)現(xiàn)有超臨界二氧化碳回?zé)崞髁鞯澜Y(jié)構(gòu)研究和分析的基礎(chǔ)上，提出了解決二氧化碳物性劇烈變化的自適應(yīng)流道的設(shè)計(jì)方案，即換熱器流道尺寸根據(jù)換熱器內(nèi)二氧化碳溫度變化而相應(yīng)的改變，為了驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)思路的可行性，我們首先針對(duì)單個(gè)自適應(yīng)流道，建立單個(gè)自適應(yīng)流道的物理模型和數(shù)學(xué)模型，通過(guò)理論模擬計(jì)算，對(duì)超臨界二氧化碳自適應(yīng)流道與普通流道的

3、傳熱和流動(dòng)特性進(jìn)行了比較。結(jié)果表明自適應(yīng)流道綜合性能優(yōu)于普通流道，證明了自適應(yīng)流道的可行性。
　　隨后在自適應(yīng)流道研究的基礎(chǔ)上，提出了自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)方案。首先建立了自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯姆治瞿Ｐ?，通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)自適應(yīng)流道回?zé)崞鬟M(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)新型自適應(yīng)流道可以有效降低回?zé)崞鞯膲毫p失50％左右，同時(shí)提高回?zé)崞鞯膶?duì)流換熱系數(shù)從而提高了回?zé)崞鞯膿Q熱有效度2％左右，此外自適應(yīng)流道結(jié)構(gòu)還可以提高回?zé)崞鞯木o湊型。
　　

4、最后，根據(jù)理論數(shù)值計(jì)算和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，提出了結(jié)合“S”形肋片的不連續(xù)通道自適應(yīng)流道回?zé)崞髟O(shè)計(jì)思路，同時(shí)從實(shí)驗(yàn)方向進(jìn)行研究?？紤]到新設(shè)計(jì)回?zé)崞髁鞯澜Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，我們通過(guò)金屬3D打印技術(shù)進(jìn)行制作加工。其后為了驗(yàn)證新型回?zé)崞鞯男阅?，本文又搭建了一臺(tái)超臨界二氧化碳回?zé)崞餍阅軠y(cè)試平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括超臨界二氧化碳?jí)嚎s機(jī)、實(shí)驗(yàn)循環(huán)測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)三大部分。
　　在對(duì)回?zé)崞鞯男阅軐?shí)驗(yàn)研究中，一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果關(guān)鍵參數(shù)的對(duì)比，

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果誤差范圍在5％以內(nèi)，從而可以驗(yàn)證數(shù)值仿真模型的準(zhǔn)確性;另一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)將新型回?zé)崞骱推胀ɑ責(zé)崞鬟M(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明:自適應(yīng)流道回?zé)崞骺梢燥@著降低壓力損失:與普通流道“S”形肋片回?zé)崞飨啾龋滦突責(zé)崞鞯膲毫p失最高可以降低到69％，同時(shí)自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯挠行Ф瓤梢蕴岣?％左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相互吻合，結(jié)果表明自適應(yīng)流道回?zé)崞鞯乃π阅芎蛽Q熱性能均能得到提高。最后，本文通過(guò)對(duì)回?zé)崞鲗?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模擬數(shù)據(jù)的分析、歸