【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及换热器，具体为一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法。
技术介绍
1、双碳背景下，高效利用中低温余热刻不容缓，而有机朗肯循环就是一种应用较为广泛的余热利用技术。与亚临界有机朗肯循环相比，跨临界有机朗肯循环在蒸发器中跨过了两相区使得工质与热源的窄点温差更小，从而跨临界循环中超临界流体与热源的匹配性以及总系统性能均优于亚临界循环。
2、目前，无论是在亚临界循环还是跨临界循环中，含回弯型的蒸发器应用均较为广泛，这是由于回弯可以使得换热管道布置更加紧凑并且其中离心力产生的二次流将会强化换热。例如中国专利授权公告号为cn103748414b的专利公开了一种单程蒸发器，其包括：入口歧管；一个或更多个入口集管，其与入口歧管流体连通；一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个倾斜蒸发器管；一个或更多个管叠堆与一个或更多个入口集管流体连通；其中，倾斜管与竖直线成小于90度或大于90度角倾斜；一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；以及出口歧管，其与一个或更多个出口集管流体连通。
3、上述专利提供的蒸发器是为了通过不同的管道布置来达到减少或简化工程设计与制造目的。但是现有的这种蒸发器管道的布置方式并没有考虑到不同的管道布置方式会造成不同换热效率，而换热设备为了便于整体加工和应用大都会采用水平放置，而水平流u型管大都存在三种布置方式并且不同布置方式中回弯内离心力产生的二次流涡流方向不同，再者超临界流体会由于浮升力也会产生二次流效应，那么不同布置方式下回弯内浮升力和离心力产生的二次流将
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，旨在改善现有的各种管道布置方式中，不确定什么管道布置方式能够达到更高的换热效果，不能明确给出一种能够达到有效提高蒸发器换热效果的布置方式的问题。
2、本专利技术是这样实现的：
3、一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，所述该方法的具体步骤如下：
4、s1：采用icem cfd软件，对蒸发器中的a布置方式、b布置方式和c布置方式下的u型管以及同类型直管进行三维建模以及网格节点的划分从而建立有限体积分析模型；
5、s2：将上述步骤所述的模型导入中ansys fluent并设置初始条件、边界条件以及监测条件等计算参数，其中监测条件用以判断计算是否收敛，通过这些计算参数能够得到管的内壁温；
6、s3：把上述计算得到的内壁温从ansys fluent导出，根据s1中u型管和直管模型中网格节点的划分，得到一个横向截面周向上每一个网格节点的壁温t，处理后可得到每一个周向截面壁温平均值tave：
7、
8、其中，n为一个横向截面周向上的网格节点数；
9、然后得到流体焓值hb：
10、hb＝hin+4(qx/gd)
11、其中，hin为入口焓值，q为壁面热流，x为流动方向距离，g为质量流速，d为管径；
12、通过hb和工作压力p两个参数可在refprop软件中确定此工况下的流体温度tb；管的传热系数通过公式：
13、h＝q/(tave-tb)
14、计算得出，并将u型管传热系数定义为hu、直管传热系数定义为hst；
15、平均换热强化率αave通过公式：
16、αave＝hu/hst-1
17、计算得出；
18、s4：与相同条件下直管进行对比，得出a布置方式、b布置方式和c布置方式下的u型管相对于同类型直管的换热强化率，然后定量分析出最佳的布置方式。
19、优选的，所述步骤s1中有限体积分析模型包括：模型信息中的管内径、弯道半径以及管长；网格信息中的截面节点距离、节点数量以及轴向节点数量。
20、优选的，所述步骤s1在u型管换热中还设置了一种无重力的工况，用于研究浮升力效应对换热的影响。
21、优选的，所述步骤s2中由于超临界流体的物性在拟临界点附近物性变化非常剧烈，故采用在fluent中导入udf的方法定义超临界流体的物性参数，包括密度、导热系数、比热、粘度以及声速等。
22、优选的，所述步骤s2中的初始条件包括流体进口温度、压力、流体质量流速；边界条件包括壁面热流密度；监测条件包括对流体出口温度以及流量的监测。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
24、1、基于数值模拟的方法，我们对不同曲率以及不同浮升力工况下的三种布置方式下u型管换热特性进行研究，最后通过定性和定量分析确定了最佳换热性能的布置方式。
25、2、采用数值方法作为分析手段可以减少实验高昂成本，计算前进行了模型验证以及网格独立性验证，确保了计算结果的真实可靠。优化后的布置方式不仅相较于同类型直管换热显著提高，也比优化前的u型管换热性能更好，可有效提高跨临界蒸发器换热性能。
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1.一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述该方法的具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S1中有限体积分析模型包括：模型信息中的管内径、弯道半径以及管长；网格信息中的截面节点距离、节点数量以及轴向节点数量。
3.根据权利要求2所述的一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S1在U型管换热中还设置了一种无重力的工况，用于研究浮升力效应对换热的影响。
4.根据权利要求1所述的一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S2中由于超临界流体的物性在拟临界点附近物性变化非常剧烈，故采用在fluent中导入udf的方法定义超临界流体的物性参数，包括密度、导热系数、比热、粘度以及声速等。
5.根据权利要求4所述的一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述步骤S2中的初始条件包括流体进口温度、压力、流体质量流速；边界条件包括壁面热流密度；监测条件包括对流体出口温度以及流量的监测。
【技术特征摘要】
1.一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述该方法的具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述步骤s1中有限体积分析模型包括：模型信息中的管内径、弯道半径以及管长；网格信息中的截面节点距离、节点数量以及轴向节点数量。
3.根据权利要求2所述的一种跨临界循环中含回弯型蒸发器的优化布置方法，其特征在于，所述步骤s1在u型管换热中还设置了一种无重力的工况，用于研究浮升力效应对换热的影响。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李舟航，王文佶，王江涛，游天夏，翟玉玲，苑司旭，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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