超临界CO2阵列射流流动换热特性与强化传热机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51806249
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Supercritical CO2 Brayton cycle has been recognized as an ideal power cycle feasible for the next-generation power generation technology with higher parameters and efficiency. To achieve the targeted cycle parameters and efficiency, while ensuring the compactness and economical efficiency of the heat exchanger, highly efficient heat transfer of supercritical CO2 is one of the keys. In the proposed project, theoretical, numerical and experimental works will be carried out jointly to study the flow and heat transfer of multiple supercritical CO2 impinging jets. The characteristics and regulating rules of supercritical CO2 impinging jets heat transfer will be discovered, together with the exploration of structures for the heat exchanger fulfilling different demands. As a result, the coherence and perfect match between multiple impinging jets heat transfer and supercritical CO2 Brayton cycle can be realized. Meanwhile, suitable and efficient heat transfer enhancement measures will be proposed and the related mechanisms will be revealed. Based on heat transfer correlations of single jets/ artificial neural network, methods for the prediction of multiple impinging jets heat flux field and the optimization of parameters will also be set up. This project not only spotlights the characteristics of supercritical CO2 Brayton cycle itself and the working fluid, but also focuses on the basic questions of multiple impinging jets flow, heat transfer and heat transfer enhancement. More technological choices on supercritical CO2 heat transfer is expected from the investigation. In the meantime, theoretical basis can be provided for the regulation and enhancement of heat transfer, together with the solution and parameter optimization methods for the design of heat exchanger. The proposed project will be of great importance to the development and application of power generation technologies based on supercritical CO2 Brayton cycle.
超临界CO2布雷顿循环是适用于下一代更高参数和效率的发电技术的理想动力循环,超临界CO2的高效换热则是实现循环设计参数与效率、保证换热器紧凑性与经济性的关键之一。本项目拟采用理论、模拟和实验相结合的方法对超临界CO2阵列射流流动换热过程进行研究,以掌握超临界CO2阵列射流流动换热特性和换热调控规律,探索满足不同换热需求的换热器结构,实现阵列射流换热与超临界CO2布雷顿循环的高效协同匹配;同时,提出合理有效的强化传热手段并揭示其强化传热机理,构建基于单喷嘴射流换热关联式/人工神经网络的阵列射流热流密度场预测方法和参数优化方法。本项目既突出超临界CO2布雷顿循环和工质的特性,又兼顾阵列射流流动换热和强化传热的共性基础问题,可以进一步丰富超临界CO2换热的技术方案选择,为换热的调控和强化提供理论基础,为换热器设计提供思路与参数优化方法,对推动超临界CO2布雷顿循环发电技术的发展与应用有重要意义。

结项摘要

超临界CO2布雷顿循环是适用于下一代更高参数和效率发电技术的理想动力循环,超临界CO2的高效换热则是实现循环设计参数与效率、保证换热器紧凑性与经济性的关键之一。本项目综合采用理论、模拟和实验相结合的方法对超临界CO2阵列射流流动换热过程开展了研究。 首先在不同换热工况和典型换热器结构下对超临界CO2的基本流动传热规律进行了研究,揭示了浮升力、离心力以及工质物性变化对流动传热过程的影响,提出了“分区强化”的强化传热思路并验证了其有效性;其次,将超临界CO2与阵列射流相结合,对平面和曲面上的阵列射流流动传热特性进行了研究,发现等壁面温度条件下射流相比于横掠表面的流动其换热可强化达30%,同时,探究了不同因素对阵列射流传热流动过程的影响机制,设计了一种新型射流式套管换热器;第三,基于磁力泵等设备设计并搭建了可实现最高压力15MPa、最高温度200℃的超临界CO2换热实验系统,对射流式套管换热器的换热效果进行了初步验证,也为后续研究提供了硬件基础;最后,基于神经网络和CFD算例中的大量网格节点数据,提出了一种阵列射流热流密度场的快速预测方法,并进一步结合常见换热器形式提出了一种换热器参数优化方法,可以实现局部热流的快速预测与换热器参数优化。本项目既重点考虑了超临界CO2的特性,又兼顾阵列射流流动换热和通道内强化传热的共性基础问题,可以进一步丰富超临界CO2换热的技术方案选择,为换热的高效调控提供理论基础,为换热器设计提供思路与参数优化方法,对推动超临界CO2布雷顿循环发电技术的发展与应用有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(3)
正弦波纹流道印刷电路板换热器热工水力性能
  • DOI:
    10.11949/0438-1157.20200491
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕义高;李庆;文哲希
  • 通讯作者:
    文哲希
An evacuated receiver partially insulated by a solar transparent aerogel for parabolic trough collector
用于抛物槽式集热器的真空接收器,由太阳能透明气凝胶部分绝缘
  • DOI:
    10.1016/j.enconman.2020.112911
  • 发表时间:
    2020-06-15
  • 期刊:
    ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Li, Qing;Zhang, Yuanting;Qiu, Yu
  • 通讯作者:
    Qiu, Yu
A novel parabolic trough receiver enhanced by integrating a transparent aerogel and wing-like mirrors
通过集成透明气凝胶和翼状镜子增强的新型抛物面槽式接收器
  • DOI:
    10.1016/j.apenergy.2020.115810
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Applied Energy
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Yu Qiu;Yuanting Zhang;Qing Li;Yucong Xu;Zhe-Xi Wen
  • 通讯作者:
    Zhe-Xi Wen
Comparative study on flow and heat transfer characteristics of sinusoidal and zigzag channel printed circuit heat exchangers
正弦通道与锯齿通道印制电路换热器流动与传热特性对比研究
  • DOI:
    10.1007/s11431-019-1492-2
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Science China-Technological Sciences
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Wen Zhe-Xi;Lv Yigao;Li Qing
  • 通讯作者:
    Li Qing
Numerical investigation on thermal hydraulic performance of hybrid wavy channels in a supercritical CO2 precooler
超临界CO2预冷器混合波状通道热工水力性能数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121891
  • 发表时间:
    2021-08-29
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Lv, Yi-Gao;Wen, Zhe-Xi;Qiu, Yu
  • 通讯作者:
    Qiu, Yu

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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