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夹点问题简述

定义：夹点问题是指换热器中最小温差的位置不在换热器两端，而是在换热器内部某个位置。

发生原因：换热器中，参与换热的两股流体热容流率（质量流量与定压比热的乘积，mCp）发生剧烈改变（比如图1中换热过程中出现相变会导致定压比热无穷大），或者如图2所示由于物性变化导致温度曲线不再近似为直线，换热过程最小温差出现在换热器内部。

图1有相变时的夹点

图2物性连续变化时的夹点

影响：换热器的设计与换热过程的最小温差有关，当最小温差出现在换热器内部时，设计中无法准确确定最小温差大小和位置，给设计带来不利影响。除此之外，夹点问题的存在还会恶化换热。图3为最小温差设定为0时某超临界CO2布雷顿

循环中的换热器回热度计算结果图，可以看出，在部分操作压力下，换热器的回热度小于100%。

若换热工质为理想气体，当换热最小温差为0时，由于工质物性基本可视为恒定，换热曲线可看做直线，则最小温差只会出现在换热器两端，换热器回热度为100%

（图3中红色区域）。

2对超临界CO，由于物性的变化，换热过程的温度变化如图2所示，为一光滑曲

2

线，这种情况下，设定最小温差为0并无法保证两端温差为0，也就是说最小温

差出现在换热器内部时会导致换热器回热度小于100%（图3中非红色区域）。

图3最小换热温差为0时的换热器回热度计算结果

氦气与氙气物性

氦气：临界点温度5.1953K，压力0.2276MPa

氙气：临界点温度289.73K，压力5.842MPa

相变对夹点问题的影响换热器工作条件：

50KWe

位置

冷端入口

温度/K

522.84

压力/MPa

2.00

冷端出口

830.48

1.98

热端入口

907.39

0.854

热端出口

599.75

0.845

250KWe

冷端入口

652.43

3.3

冷端出口

1022.53

3.267

热端入口

1115.06

1.354

热端出口

744.96

1.341

对50KW循环，换热器温度压力范围500~1000K，0.8~2Mpa；对250KW循环，650~1115K，

1.3~3.3Mpa，氦气为超临界态，氙气为气态，换热器工作范围内工质不发生相变，因此不会

发生由于相变导致的夹点问题出现。

Cp的变化对夹点问题的影响

由于物性软件不支持计算氦气和氙气的混合气体物性，现将氦气和氙气分开单独考虑。图4和图5为氦气及氙气在500~1200K温度范围内不同压力条件下的定压比热变化情况，在图示温度范围内，定压比热（Cp）变化范围较小，且换热器高低压侧对应的Cp曲线并没有出现交叉，也就是说在换热器工作范围内，冷热流体比热没有出现相等的情况，这种情况下换热过程中的最小温差只可能出现在换热器两端，内部不会出现夹点。

图4氦气Cp-T图

图5氙气Cp-T图

总结

在上述换热器工作区间内，工质无相变，因此不会发生由于相变带来的夹点问题；由于物性软件的限制，目前将两种工质单独考虑时，两种工质在不同压力下的比热无交叉且在500~1200K温度区间内变化并不剧烈，因此由于Cp变化给夹点问题带来的影响基本可以忽略。氦气与氙气混合气体的Cp变化对夹点的影响还需要进一步确认。