co2近临界点冷却换热的理论分析与实验研究

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1、华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《CO2近临界点冷却换热的理论分析与实验研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日华北电力大学硕士学位论文使用授权书《CO2近临界点冷却换热的理论分析与实验研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论

2、文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于请在以上相应方框内打“√”：保密□，在年解密后适用本授权书不保密□作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要由于日益严峻的节能与环保要求，具有优良热物性和环境友好等特点的自然工质CO2以跨临界循环技术得到了重新重视。在CO2跨临界循环中，气体冷却器是与传统制冷或热泵循环不同的部件。在气体冷却器中

3、，CO2工质的物性在近临界区发生剧烈变化，对换热影响剧烈。因此本文采用理论分析与实验方法研究CO2近临界点冷却换热的特性，为高效换热器设计提供参考。跨临界CO2循环的分析和熵分析指出，气体冷却器是影响系统性能的重要部件，其损几乎是系统的一半。影响因素主要是气体冷却器的压力和出口温度等参数，特别是在临界点附近的变化特性。本文采用Matlab分析CO2在近临界范围内密度、比热、导热系数和动力粘度等物性参数随着压力和温度的变化规律，并运用分子聚集理论和临界点涨落理论分析变化原因。同时在参考已有CO2近临界区换热的成果基础上，总结得到了近临界区CO2换热的一种关联式。利用已搭建的试

4、验台，对近临界区CO2在水平管内的冷却放热进行试验研究，得到了CO2近临界区放热过程的特性和规律：随着CO2温度的升高，换热系数迅速增大，在准临界温度附近达到峰值，之后又快速降低；随着CO2和冷却水质量流量的增大，换热系数越大，峰值越高；换热系数的峰值随着压力的增大而降低。并且根据实验数据，确定了总结的CO2换热关联式的系数范围。最后采用分布参数法和集中参数法相结合的方法建立了套管气体冷却器的模型，编程模拟管内换热，通过四种选定的换热关联式与本实验关联式对比分析表明：本文的换热关联式能较好地表达CO2近临界区换热规律。关键词：CO2；近临界区；管内冷却换热；理论模拟；实验研

5、究I摘要AbstractDuetotheincreasinglyseriousrequirementofenergy-savingandenvironmentalprotect,naturalrefrigerantCO2withexcellentthermalpropertiesandenvironment-friendlyfeaturesinthefieldoftranscriticalcycletechnologyhasbeenre-valued.IntheCO2transcriticalcycle,thegascoolerisadifferentcomponentwi

6、ththatintraditionalrefrigerationorheatpumpcycle.Inthegascooler,thephysicalpropertiesofCO2workingfluidchangedramaticallyinthenear-criticalregion,whichhasgreateffectonheatexchange.Sointhispaper,theoreticalanalysisandexperimentalmethodonthecoolingheatexchangecharacteristicsofCO2nearthecritica

7、lpointisappliedtoprovideareferencedesignforthehighefficiencyheatexchanger.TheexergyanalysisandentropyanalysisofthetranscriticalCO2cyclepointoutthegascoolerisanimportantcomponentaffectingsystemperformance,theexergylossofwhichaccountsforalmosthalfofthesystem.The