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wyz309

新虫 (小有名气)

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[交流] 关于对有机朗肯循环换热器传热关联式的思考已有2人参与

关于对传热关联式的理解：

小生近期独自寻找课题方向，现在有一个idea，研究有机朗肯循环ORC中换热器换热性能对ORC系统性能的影响。

背景：基于目前ORC的传热计算中，换热器传热系数的计算几乎都是利用传统压缩制冷系统的传热经验关联式，虽然换热器型式可以相同，运行工质可以相同，但是ORC系统与传统制冷系统的换热器的运行工况特别是蒸发器的运行工况区别很大，具体表现为：
1. ORC的运行温度和压力，特别是在吸热蒸发段，一般可以在几十℃到上百℃不止，明显高于普通制冷循环；
2. ORC换热器的热交换物流可以是导热油、地热水、工业烟气等余热，其成分复杂，很可能具有腐蚀性，而普通制冷循环，多是利用稳定纯净的中间物流作为换热载体.

问题：小生在想，是否运行工况和物质的不同，会带来传热关联式适应性问题？
ie, 传热关联式是否和换热器热交换物流种类和运行温度有强烈的关系？
是否有必要对ORC的运行工况的传热特性进行研究？
如何进行研究（模拟方法，实验方法）？

PS：关键问题就是对换热关联式的理解，小生觉悟有限，先摆问题，后再找书看看必要。还请大家交流指点。

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1楼 2014-10-12 15:25:55

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hsyEsperanto

金虫 (正式写手)

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★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖

我没太听懂你的问题到底在问什么。不知道答的是否是你需要的。

传热关联式在推导和实验的时候：
1、建立关联式的过程中，由于利用了量纲分析/相似性原理，同一种流动特性的换热性能进行了推导和实验，并不是只适用于某一特定的工况与工质。
2、做了一定的假设，主要在于速度/温度边界层厚度及其分布曲线，以及引入湍流项与否以及何种湍流模型。这表现为提供的时候要限定雷诺数Re与普朗特数Pr的范围。如果符合了这些假设，即满足了所提供的Re与Pr范围。关联式就是适用的。当然针对你所说的温度变化范围大（其实你这个不算大），如果工质物性改变超出关联式给出的适用范围，就需要在管路的不同部分采用不同的关联式。
3、污垢与腐蚀等效应。这些效应并不影响关联式的本身，而是通过影响其他性质改变换热性能。比如，存在腐蚀/穴蚀提高了管内壁粗糙度，转戾提前，雷诺数会变化；流动过程的反应/传质现象，可能导致边界层内导热系数变化，在关联式中得到Nu数后，计算h的过程出现差别。求得这些有可能影响你所用的关系式，以及最终换热系数的计算，但并不影响关联式的本身。
4、然而，还有一个更加根本的假设，即动量方程是Navier-Stokes，即为牛顿流体，（严格的说还有温度梯度以及浓度梯度分别与热量以及浓度流量成正比），如果违反了这个假设，关联式当然不能用。实际上，由于非牛顿流体，物性为瞬态量，根本不存在“关联式”。当然，你这个情况不存在这个问题。

所以我觉得你的研究应该在于：
1、是否需要采用不同的关联式，如果需要，如何合理确定切换的位置，以及建模的一般性（半经验）方法。
2、对污垢与腐蚀单独建模。（我觉得这个应该有人做过）如果，比如，别人作过平板上的腐蚀过程，那末你可以研究换到管内流时候的适用性。