印刷板式汽化器汽化性能分析與研究.pdf

1、研制小型高效、可控性好、安全的汽化器是新型汽化器設(shè)計的主要目的。印刷板式換熱器作為一種新型的微槽道換熱器，是低溫液態(tài)氣體汽化系統(tǒng)中新型汽化器的首選。本文針對將印刷板式換熱器應(yīng)用于汽化系統(tǒng)作為汽化器，通過實驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了印刷板式汽化器的汽化性能。
　　本文首先搭建了印刷板式換熱器汽化系統(tǒng)實驗臺，采用超臨界氮作為實驗研究工質(zhì)，增強了汽化器冷側(cè)流體的換熱性能且解決傳統(tǒng)流體在微通道內(nèi)因氣阻現(xiàn)象對其性能的影響。

2、通過采用實驗研究的方法，進行了不同壓力和進口溫度條件超臨界氮在印刷板式換熱器內(nèi)的汽化實驗。研究結(jié)果表明，印刷板式換熱器應(yīng)用于汽化系統(tǒng)時具有很好的換熱性能，其傳熱效率能達到98％，通過計算得知該印刷板式換熱器平均單位質(zhì)量熱載荷為2.72 kg/MW，傳熱面積密度為1100 m2/m3。本實驗熱側(cè)流體采用 R22作為換熱工質(zhì)，實驗數(shù)據(jù)表明換熱器熱側(cè)換熱性能穩(wěn)定且良好。因此印刷板式換熱器總傳熱性能主要受超臨界氮側(cè)換熱性能的影響。基于實驗數(shù)據(jù)分

3、析超臨界氮壓力對印刷板式換熱器換熱性能影響得知：隨著超臨界氮壓力的升高印刷板式換熱器總傳熱性能增加，而超臨界氮側(cè)壓降卻隨壓力的升高而降低。同時通過總結(jié)現(xiàn)有準則經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式計算超臨界氮在印刷板式換熱器通道內(nèi)流動換熱的努謝爾特數(shù)和范寧摩擦因子。其中，通過與實驗數(shù)據(jù)對比初步確定范寧摩擦因子準則關(guān)聯(lián)式。對于努謝爾特數(shù)則提出適用本實驗條件使用的準則關(guān)聯(lián)式，同時提出了采用數(shù)值模擬方法研究超臨界氮在印刷板式換熱器通道內(nèi)的流動與換熱特性。
　　基于

4、實驗研究，建立了超臨界氮在印刷板式換熱器單通道內(nèi)流動換熱數(shù)值模型，深入研究了超臨界氮在印刷板式換熱器通道內(nèi)的流動與換熱特性。數(shù)值研究考察了超臨界氮壓力、進口溫度和流量對其流動與換熱特性的影響。研究結(jié)果表明，在質(zhì)量流量恒定情況時，超臨界氮在印刷板式換熱器通道內(nèi)流動與換熱特性主要受其物性影響，即壓力和溫度對其流動與換熱影響起主導作用。超臨界氮在印刷板式換熱器通道內(nèi)的換熱性能隨著壓力的升高而增加，而其壓降隨著壓力的升高而減小。其中，相同壓力條

5、件下，超臨界氮在換熱器通道內(nèi)的換熱性能隨著進口溫度升高而減小，壓力隨著進口溫度的升高而增加。對于質(zhì)量流量對其換熱性能，超臨界氮的對流換熱系數(shù)和壓降隨著質(zhì)量流量的增加迅速增加，在此條件下超臨界氮壓力對其換熱影響甚微?；跀?shù)值模擬研究，本文提出了預測超臨氮在換熱器通道內(nèi)流動與換熱特性的準則經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。通過與實驗數(shù)據(jù)進行對比，確定范寧摩擦因子準則關(guān)聯(lián)式具有較好的準確性。對于努謝爾特數(shù)準則關(guān)聯(lián)式確認，首先采用實驗工況數(shù)值模擬結(jié)果分析誤差，初步確