[发明专利]考虑流型的有机朗肯循环换热器管道长度优化设计方法

摘要

本发明公开了一种考虑流型的有机朗肯循环换热器管道长度优化设计方法。有机工质为单相流状态时，计算该段平均努赛尔数Nu得出该段的换热量，并与实际换热量进行比较，确定段管长值；当有机工质为两相流状态时，选取相应流型下的对流传热系数计算式以获得该段的对流传热系数，最后根据此对流传热系数值与假定的管长计算该段的换热量，并与实际换热量进行比较，确定每划分小段的管长，进而可以获得整个换热器的管道长度。本发明通过考虑两相蒸发和冷凝过程中工质的流型变化，显著提高了换热量的计算精度，可应用于使用各种常用流体的有机朗肯循环换热器管道长度的确定。

主权项

1.一种考虑流型的有机朗肯循环换热器管道长度优化设计方法，其特征在于：在有机朗肯循环换热过程中，当有机工质为两相流状态时，首先假定工质蒸发或冷凝划分小段的管长，然后根据蒸发或冷凝温度、圆管内径d、工质质量速度G、划分小段的热流密度q与平均气体质量分数x，确定该划分小段所处的蒸发或冷凝两相流型，进而选取相应流型下的对流传热系数计算式以获得该划分小段的对流传热系数，最后根据此对流传热系数值与假定的划分小段管长计算该段的换热量，并与实际换热量进行比较，若不相同，则改变划分小段管长值，直到其相对误差小于或等于1%；按照此方法可确定一定循环特性参数下每划分小段的管长，进而可以获得整个蒸发器和冷凝器的管道长度；在蒸发器和冷凝器中，工质处于单相流状态时，选用Gnielinski公式来计算其对流传热系数，包括以下步骤：步骤1：根据工质和热源流体平均温度下的工质动力粘度μ、比定压热容c_p和导热系数k计算此两种温度下工质的普朗特数Pr，对于气体只需计算划分段工质平均温度下的普朗特数，其中普朗特数计算式为；步骤2：根据工质平均温度下的密度ρ、运动粘度υ和工质的质量流量，计算工质的流速u和雷诺数Re，其具体计算式分别为，；步骤3：根据Gnielinski公式计算努赛尔数Nu，其具体计算式为，对液体，，对气体，，式中，l为管长；f为管内湍流流动的Darcy阻力系数，按Filonenko公式计算。