CN110864578A - 一种用于超临界二氧化碳pche的变截面机翼型高效换热通道 - Google Patents
一种用于超临界二氧化碳pche的变截面机翼型高效换热通道 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，包括由机翼型线形成单元体，所述的单元体的尺寸沿流动方向以一定的比例系数逐渐变化而形状保持不变，形成收缩型或扩张型的变流动截面积布置，用于提供冷热流体的流动。通过采用现有机翼型线可以抑制热边界层的发展，同时减小因强化传热而带来的流动阻力的增大，提升换热通道的综合流动传热性能；通过针对冷热流体沿流动方向密度或速度的不同变化，有针对性的采用扩张或收缩型的变流动截面积布置方式，使得流体沿流动方向接近等速流动，进一步降低流动阻力，达到最佳的流动传热综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及高效紧凑型换热器技术领域，特别涉及一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道。
背景技术
超临界二氧化碳循环发电系统，可以在更低的吸热温度下实现更高的循环发电效率，也具有结构紧凑、灵活性好的特点。超临界二氧化碳循环发电系统换热量大(约为发电量的3～4倍)需要采用高效低阻紧凑式换热器回收热量预热工质，以减少能量损失，提高经济性。可选用的高效低阻紧凑式换热器有采用扩散粘结焊工艺(diffusion bonding)的印刷电路换热器(Printed circuit heat exchanger，PCHE)和微通道管壳式换热器。
超临界二氧化碳换热器冷热流道内的流体均为超临界状态，两个不同压力和温度的变物性双超临界流体流动传热过程相互影响。换热器流道两侧冷热超临界二氧化碳的物性，如密度、比热容和粘性不断变化，流速也不断变化，冷热流体流道间不同区域的热流密度也呈现出非线性的变化，特别是由于两侧工质的密度和比热容差别较大，在流道内部极易出现温度夹点效应(冷热流体温差接近无限小，引起传热失效等问题)，从而影响系统的安全运行。目前对超临界二氧化碳耦合传热规律认识不足，缺乏合理的计算方法，现有的换热器换热通道几乎都没有考虑上述特点，设计偏差较大。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，使得换热器设计更加准确。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，包括由机翼型线形成的单元体，所述的单元体尺寸沿流动方向以一定的比例系数逐渐变化而形状保持不变,机翼型单元体上部和下部分别设置有上下边框区域，采用光化学蚀刻的方法将除机翼型单元体和上下边框区域外的板片蚀刻出一定深度的槽道，形成了流体的通道。
所述的机翼型单元体可以交错布置，也可以顺列布置。
所述的机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向保持不变，但单元体尺寸逐渐变小，形成流动截面积逐渐扩张的传热板片，即扩张型的变流动截面积布置形式，适用于流体密度沿流动方向逐渐变小的情况。
所述的机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向保持不变，但单元体尺寸逐渐变大，形成流动截面积逐渐缩小的传热板片，即收缩型变流动截面布置，适用于流体密度沿流动方向逐渐变大的情况。
所述的扩张型的变流动截面积布置形式，其机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向可以变多，但总的流通截面积仍是逐渐变大的。
所述的收缩型的变流动截面积布置形式，其机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向可以变少，但总的流通截面积仍是逐渐变小的。
本发明的有益效果：
通过采用现有机翼型线可以抑制热边界层的发展，同时减小因强化传热而带来的流动阻力的增大，提升换热通道的综合流动传热性能；
通过针对冷热流体沿流动方向密度或速度的不同变化，有针对性的采用扩张或收缩型的变流动截面积布置方式，使得流体沿流动方向接近等速流动，降低流动阻力，达到最佳的流动传热综合性能。
总体来看，通过以上创新方法，可以使得冷热换热通道根据超临界二氧化碳物性或速度变化进行特殊设计，从而使得换热器设计更加准确，获得更加高效的综合流动传热性能。
附图说明
图1为变截面机翼型高效换热通道沿流动方向流体被加热示意图。
图2为变截面机翼型高效换热通道沿流动方向流体被冷却示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1图2所示为一种超临界二氧化碳换热器采用的变截面机翼型高效换热通道。所述变截面机翼型高效换热通道由某一种特定的机翼型线形成单元体，单元体的尺寸沿流动方向以一定的比例系数逐渐变化而形状保持不变，形成由大变小的收缩型或由小变大的扩张型的变流动截面积布置形式。对于流体沿流动方向被冷却的情况，沿流动方向形成由大变小的收缩型变流动截面布置。对于流体沿流动方向被加热的情况，沿流动方向形成小变大的扩张型变流动截面布置。
本发明的工作原理：
本发明提出了一种适用于超临界二氧化碳换热器变截面机翼型高效换热通道设计方法。新方法使得冷热换热通道可以根据超临界二氧化碳物性或速度变化进行特殊设计，从而使得换热器设计更加准确，获得更加高效的综合流动传热性能。所述变截面机翼型高效换热通道由某一种特定的机翼型线形成单元体，单元体的尺寸沿流动方向以一定的比例系数逐渐变化而形状保持不变，形成收缩型或扩张型的变流动截面积布置，使得流体沿流动方向各个截面的流速尽可能一致，降低流动阻力。
对于冷流体(被加热)的流体，流体密度沿流动方向逐渐变小，体积流量逐渐增大，采用扩张布置；对于热流体(被冷却)的流体，流体密度沿流动方向逐渐变大，体积流量逐渐减小，采用收缩布置。具体扩张或收缩比例系数根据不同的设计工况进行特殊设计确定。通过采用现有机翼型线可以抑制热边界层的发展，同时减小因强化传热而带来的流动阻力的增大，提升换热通道的综合流动传热性能；通过针对冷热流体沿流动方向密度或速度的不同变化，有针对性的采用扩张或收缩型的变流动截面积布置方式，使得流体沿流动方向接近等速流动，进一步降低流动阻力，达到最佳的流动传热综合性能。
Claims (6)
1.一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，其特征在于，包括由机翼型线形成单元体，所述的单元体的尺寸沿流动方向以一定的比例系数逐渐变化而形状保持不变，形成收缩型或扩张型的变流动截面积布置，用于提供冷热流体的流动,机翼型单元体上部和下部分别设置有上下边框区域，采用光化学蚀刻的方法将除机翼型单元体和上下边框区域外的板片蚀刻出一定深度的槽道，形成了流体的通道。
2.根据权利要求1所述的一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，其特征在于，所述的机翼型单元体可以交错布置，也可以顺列布置。
3.根据权利要求1所述的一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，其特征在于，所述的机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向保持不变，但单元体尺寸逐渐变小，形成流动截面积逐渐扩张的传热板片，即扩张型的变流动截面积布置形式，适用于流体密度沿流动方向逐渐变小的情况。
4.根据权利要求1所述的一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，其特征在于，所述的机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向保持不变，但单元体尺寸逐渐变大，形成流动截面积逐渐缩小的传热板片，即收缩型变流动截面布置，适用于流体密度沿流动方向逐渐变大的情况。
5.根据权利要求1所述的一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，其特征在于，所述的扩张型的变流动截面积布置形式，其机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向可以变多，但总的流通截面积仍是逐渐变大的。
6.根据权利要求1所述的一种用于超临界二氧化碳PCHE的变截面机翼型高效换热通道，其特征在于，所述的收缩型的变流动截面积布置形式，其机翼型单元体在横截面上的数量沿流动方向可以变少，但总的流通截面积仍是逐渐变小的。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111470029A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-07-31 | 清华大学 | 一种高速飞行器的热防护结构 |
| CN112378278A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-02-19 | 江苏科技大学 | 一种换热器用自适应非均匀翅片板束及其流道的设计方法 |
| CN113054291A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-29 | 北京临近空间飞艇技术开发有限公司 | 一种电池模组或系统用冷板 |
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2019
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