移动边界模型应用于废热驱动的有机朗肯循环系统的动态仿真

    符号说明:

    A—面积,m²

    ct—温度修正因子

    Cw—墙壁热容,J/(m³•K)

    D—直径,m

    E—总能,J

    h—比焓,J/kg

    l—长度,m

    m—总质量,kg

    p—压力,Pa

    Δp—压降,Pa

    qm—质量流量,kg/s

    qm,cor—校正的质量流量,kg/s

    qV—体积流量,m³/s

    t—时间,s

    T—温度,K

    v—速度,m/s

    W—功率,W

    x—两相区干度

    z—长度坐标,m

    α—对流传热系数,W/(m•K)

    λ—导热系数,W/(m•K)

    ρ—密度,kg/m3

    Φ—热流量,W

    上标

    '—饱和液相

    "—饱和气相

    下标

    amb—环境

    F—工作介质

    i—内部的

    in—进口

    o—外部的

    out—出口

    w—墙壁

    0—过冷区

    01—过冷区与两相区间界面

    1—两相区

    2—过热区

    12—两相区与过热区间界面

    在回收利用微型燃气轮机排放废热的方法中,有机朗肯循环(ORC)系统因具有机动性好、安全性高及对维护保养要求较低等优点而受到青睐.蒸发器和冷凝器是 ORC系统中的关键部件,模型的准确与否直接影响到系统模型的优劣.而其中存在两相流是建模的难点.通常采用离散或移动边界的建模方法.当有精确的传热和 压降关系式需考虑空间变化时,采用离散模型较好.移动边界模型的优点是阶次低、适于控制设计.Todreas等[1]对离散两相流的各种模型进行了系统的 分类.文献[2]中对并联管组换热器离散模型进行了描述.各种模型的比较在文献[3]中有详细的描述,其中导出的离散模型与通常离散模型的区别是前者只有 质量方程和能量方程离散而动量方程不离散.这样处理的前提是两相流中压力传播的时间常数比所研究的热现象的时间常数小得多,故可假定压力传播是瞬间发生 的,模型只需全局动量方程,从而大大提高了模型运算速度和强壮性.移动边界建模的思想是动态地捕捉换热器中不同相态的区域长度信息,包括从入流到沸腾开始 的液相区、汽液共存的两相区及完全汽化的汽相区长度,对各个区分别采用集总方法进行处理.