複合空調系統中超臨界CO2先進傳熱理論及機理研究

《複合空調系統中超臨界CO2先進傳熱理論及機理研究》是依託鄭州大學，由劉敏珊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複合空調系統中超臨界CO2先進傳熱理論及機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉敏珊
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

目前臭氧空洞和全球氣候變暖問題日益嚴重，國際製冷界越來越重視和提倡使用天然工質。其中，CO2在安全性、可燃性、熱物性（比熱、蒸發潛熱和動力粘度等）和成本等方面具有優勢，成為天然製冷工質中的首選。本項目主要目標是從微觀角度描述解釋超臨界CO2對流換熱原理，闡明超臨界CO2強化換熱的原因及變物性對換熱效率的影響,從理論推導，結合巨觀數值分析和微觀分子動力學計算，研究在臨界區域附近、超臨界狀態下,超臨界CO2微通道內巨觀流動換熱特性以及微觀分子結構特徵，擬合出超臨界CO2微細管道中考慮浮升力的湍流模型的換熱關聯式，建立推導超臨界CO2為基礎的適合變物性流體的火積耗散能量方程，開發具有小型蓄熱庫和蓄冷庫的新型CO2複合空調系統。

結題摘要

能源緊缺與環境惡化長久以來都是世界尤其是我國面臨的重大問題。二氧化碳在環境友好性、安全性和單位體積製冷量等方面具有較大優勢，成為首選的天然製冷工質，尤其在汽車空調領域。本項目對二氧化碳的物性進行了詳細的研究，分析了溫度對超臨界二氧化碳定壓比熱容、密度、導熱係數和動力粘度等物性的影響。採用分子模擬軟體Materials Studio計算了超臨界二氧化碳的密度及自擴散係數，並研究了自擴散係數在不同溫度以及壓力下的變化趨勢。研究了超臨界二氧化碳在微細圓管、內螺紋管和三葉管內對流換熱的特性，考慮了進口雷諾數、冷卻壓力、壁面熱流密度和流動方向等因素的影響，並擬合了超臨界二氧化碳在豎直微通道圓管內流動時的換熱關聯式。新的換熱關聯式引入表征浮升力對換熱影響大小的無量綱數Bo*，對現有有關二氧化碳在管內的對流換熱研究提供有效補充。研究了百葉窗傾角、長度、間距和翅片間距、厚度、高度等幾何參數對傳統矩形百葉窗流動與傳熱性能的影響，提出了新型弧形百葉窗翅片和變角度百葉窗翅片，分析了其流動與傳熱性能，對不同結構參數翅片的綜合性能進行了評價，擬合了新型弧形百葉窗翅片結構傳熱j因子與阻力f因子的計算關聯式，並進行了新型弧形百葉窗的流體流動實驗研究；提出了錯列梭形翅片流道，分析了流道內流體流動與傳熱特性，並進行了流體流動實驗研究。研究了多種結構參數和工況參數對微通道平行流氣冷器的流量分配性能的影響，確定了影響較大的結構參數；開發了新型變組合深度集流管式氣冷器和集流管內插分流片式氣冷器，並對其在不同結構參數下的流量分配性能進行了研究，得到了流量分配性能較優的氣冷器結構形式。