超临界二氧化碳印刷电路换热器内传热特性分析研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着我国社会经济的高速发展，对能源的需求迅速增长，能源供需之间的矛盾日益尖锐。如果我国能源消费保持本世纪以来平均8.9%的增速，则2020年全国能源消耗将达近80亿吨标煤，占目前世界能源消费总量的一半以上。从长远发展来看，由于我国化石能源资源有限，特别是考虑到我国人均能源占有率远低于国际平均水平，我国能源供需矛盾尖锐、紧张的局面将长期存在。根据我国现有的可再生能源占有率及发展趋势来看，预计2020年可再生能源将占15%，显然，单纯依靠我国现有化石能源资源及可再生能源的发展无法满足我国经济高速、可持续发展的需求，节能已成为长远解决我国能源利用首先要考虑和关注的重大问题。节能就是要提高能源的利用效率，要依靠各行各业的科技进步来实现，而其中涉及较多起到关键作用的是热能动力设备强化传热的问题。近年来，许多国内外的学者都对强化传热领域做出了研究，一方面使低品位能源得到充分利用、节约能源，另一方面通过研究新的换热设备，尽量降低换热设备制造、维护等各种费用。

随着社会的快速发展，消耗的化石能源越来越多，也就导致了向空气中排放的co₂越来越多，导致温室效应以及臭氧层破坏加剧；但co₂具有无毒、不易燃和化学性质比较稳定的性质，co₂的临界温度为31.1℃，临界压力为7.37mpa，由常态转变为超临界状态没有发生相变，特别是在接近临界区域存在温度敏感区，即比热容、粘度、密度等常物性参数对温度、压力非常敏感。由于co₂的优良性质，目前对超临界co₂的研究和关注越来越多，利用其进行供热、制冷、作为核反应堆的冷却介质等应用是现阶段国内外学者研究的热点。因此，研究超临界co₂作为工作流体的流动和传热具有重要的意义。

新型印刷电路板式换热器(pche)是英国heatric发明的，具有结构紧凑、体积小、传热面积密度高等优点，正好满足航天器、飞机、火箭等工程设备因空间狭小需要传热效率高、尺寸小的换热器的要求。如果把超临界co₂作为pche的工作流体，并研究其在pche传热特性，特别是不同换热器尺寸和规格以及不同加热条件下的传热规律，将为工程实际提供有价值的参考。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的内容

根据以上提到的国内外研究现状，对超临界co₂在管道内的流动以及传热特性做了大量的研究工作，但是仍然处在许多问题值得我们去探索和研究。本文内容具体安排如下:

（1）从管道形式看，过去所研究的大部分是一般管道以及其各种型,本文就新型pche进行研究，现航天器、火箭等对换热器的结构尺寸以及换热特性要求极为高，所以研究超临界co₂在pche内的流动以及传热特性极为重要。

3. 研究计划与安排

1、查阅相关文献资料，了解相关技术背景。 2016.2.27-2016.3.10

2、掌握数值分析软件fluent的使用方法。 2016.3.11-2016.3.26

3、建立超临界二氧化碳在不同通道内的数值计算模型； 2016.3.27-2016. 4.19

4. 参考文献（12篇以上）

[1] k. nikitin, y. kato, l. ngo, printedcircuit heat exchanger thermal-hydraulic performance in supercritical co2experimental loop, int. j. refrigeration 29 (2006) 807–814

[2] kim d e, kim m h. experimental study ofthe effects of flow acceleration and buoyancy on heat transfer in asupercritical fluid flow in a circular tube[j]. nuclear engineering and design,2010, 240(10): 3336-3349

[3] ngo tl,kato y, nikitin k, et al. newprinted circuit heat exchanger with s-shaped fins for hot water supplier [j].experimentalthermal and fluid science,2006,30(8):811-819.