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竖直管内超临界CO2流动与传热特性的数值模拟和实验研究的开题报告
一、研究背景和意义
CO2超临界流体具有优异的物性，如密度、粘度等随压强变化剧烈、介电性低、热传导系数大等，具有应用前景广阔，例如在能源领域的煤炭气化、燃气轮机等方面具有广阔的前景。近年来，CO2作为一种环保、绿色的工艺流体，在能源、化工、材料等领域得到了广泛的关注，超临界CO2的传热特性研究也引起了研究人员以及企业界的广泛兴趣。
竖直管是工业中最常见的换热设备之一，研究管内超临界CO2流动与传热特性对于掌握超临界CO2在工业管内的传热规律，推动超临界CO2在工业中的应用具有重要意义。因此，对超临界CO2竖直管内流动与传热特性的数值模拟和实验研究，将对超临界CO2在工业中的应用产生重大的影响。
二、研究内容和研究方法
1.研究内容：
（1）竖直管内超临界CO2流动规律的研究；
（2）竖直管内超临界CO2传热特性的研究；
（3）竖直管内超临界CO2流动与传热特性的数值模拟。
2.研究方法：
（1）数值模拟：利用ANSYSFluent软件对竖直管内超临界CO2流动与传热特性进行数值模拟。
（2）实验研究：利用平衡法等实验方法，对竖直管内超临界CO2流动与传热特性进行实验研究。采用自制的顶部负压平衡容器和底部供油罐，通过调整容器和供油罐之间的高度差和流量，使管内的压力与温度分别达到所需的超临界状态，并记录下超临界状态下的流量、压力和温度等数据。
三、预期研究结果和论文结构
1.预期研究结果：
（1）在总体上研究超临界CO2竖直管内流动与传热特性，具有一定的理论和实践价值。
（2）可以获得超临界CO2竖直管内流动和传热的相关参数和规律，有助于提高超临界CO2工业化应用的效率，得到更好的经济效益。
2.论文结构：
（1）绪论。介绍研究背景、研究目的及研究内容，论文的研究意义和学术价值。
（2）文献综述。主要对CO2的物性、竖直管内流动和传热特性、超临界流体等方面进行详细阐述及回顾相关研究。
（3）数值模拟模型的建立。建立竖直管内超临界CO2流动传热的数值模型，包括模型的物理假设、数学坐标系等。
（4）数值模拟和实验结果分析。利用ANSYSFluent软件对数值模拟结果进行计算和分析，并对实验中所得数据进行处理和分析。
（5）结果和结论。按照对超临界CO2竖直管内流动和传热特性的研究进行总结，得出结论和展望未来的发展方向。
四、可能存在的问题与解决方案
1.可能存在的问题：
（1）实验环境受干扰：温度、压力、流速等参数对实验结果有一定的影响，需要严格控制实验环境，并对实验数据进行校正，减小误差。
（2）数值模拟的精度：数值模拟需要考虑多个因素，如气体本身的流动特性、数值计算的方法、边界条件等，需要对模拟过程中的参数进行验证。
2.解决方案：
（1）精心设计实验方案，严格控制实验环境，并对实验数据进行校正。
（2）采用多种数值算法进行数值模拟，并考虑多个因素进行验证和对比，保证模拟的结果准确可靠。
通过以上方法解决实验研究和数值模拟中可能存在的问题，能够得到超临界CO2竖直管内流动和传热特性的相关数据和规律，进一步推动超临界流体在工业中的应用。