超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统流动特性的研究

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000 MW超超临界汽轮机高压缸内部旁路冷却系统内的流场特性,给出了旁路冷却系统内三维流动细节和温度与压力场的分布规律,并与未考虑内、外缸传热作用的纯流动计算结果进行了比较.结果表明:旁路冷却系统中流动形态主要受系统结构和蒸汽自身流动特性的影响;温度场分布不仅受蒸汽流动形态的影响,还取决于高压缸固体域对流体域的传热作用.研究结论验证了,耦合流动传热数值方法能够更加真实地反映旁路冷却系统内温度场的分布.     

微通道流动沸腾过程中异态相干沸腾的强化传热研究

随着电子器件的集成化和小型化,其散热量超过10 MW/m~2将成为现实,这超出了目前大功率系统中使用的单相冷却方案的上限,所以必须再次开发新的冷却方案.克服单相传热局限性的一种方法是转变为两相沸腾传热,而临界热流密度又是所有沸腾传热的上限值.因此,为了提高微通道内流动沸腾传热的临界热流密度,本文设计开发了非均匀导热性传热板.通过将两种不同导热性能的材料(铜和聚四氟乙烯)交替布置在靠近传热表面的传热板内,实现了传热表面的非均匀温度分布和异态相干沸腾模式(核态沸腾与膜态沸腾共存且相互干涉的状态).同时搭建了微通道流动沸腾实验系统,其微通道截面尺寸为1.84 mm×70.00 mm,通道长度为280.0 mm,传热板表面尺寸为10.0 mm×10.0 mm,流体工质为去离子水.在不同入口流速v=0.1 m/s、0.2 m/s、0.4 m/s和不同过冷度DT_(sub)=10.0 K、20.0 K、30.0 K条件下,研究了非均匀导热性传热板在微通道流动沸腾中的传热强化效果.结果表明,相对于单纯的核态沸腾状态,异态相干沸腾状态能够有效地提升流动沸腾传热的临界热流密度.此外,改变入口流速和过冷度对临界热流密度有明显影响且趋势相同,减小入口流速和过冷度都会增大临界热流密度的提升比例.在本文的实验条件范围内,在水的流速v=0.1 m/s、过冷度DT_(sub)=10.0 K的条件下,实现了最高约43.4%的临界热流密度提升比例.     

具有内置隔板的太阳能蓄热水箱运行参数研究

为改善顶部为半球形结构太阳能蓄热水箱的温度分层效果,对水箱在有无内置隔板两种情况下的8组运行工况进行了数值分析,结果表明:内置隔板对水箱内冷热水掺混程度的抑制作用、对水箱内温度分层的改善效果与流体的流动参数及温度密切相关;热水入口温度不变、增大冷水入口流速,水箱顶部与底部间温差逐渐增大,而水箱顶部热水区域逐渐缩小;提高热水入口温度、减小冷水入口流速,能改善水箱顶部区域温度分层效果.当热水入口温度提高到343K、冷水入口速度降低到0.2m/s时可得到最佳的温度分层效果并且能提供316.09K的最高温度热水;当热水入口温度提高到343K、冷水入口流速增大到0.8m/s时可获得水箱顶部与底部间最大温差值.从保证水箱供应热水温度和顶部热层稳定性角度考虑,本文所研究工况中冷水入口流速应控制在0.8m/s以下.     

粮食烘干机管壳式换热器传热仿真与性能分析

为提高粮食烘干过程中的能量利用率，建立基于薄层传热规律的管壳式换热器的仿真模型，以研究管程和壳程出口温度随入口参数的变化规律。烟气通过管程进入换热器，由于折流板的阻挡作用，在管程内呈现S形流动，流速和温度变化均匀，有利于传热。烟气的出口温度随着烟气的入口流速增大而升高，随空气入口流速的增大而降低；空气的出口温度随着空气入口流速的增大而降低，随烟气入口流速的增大而升高；传热系数随着烟气和空气入口流速的增大而增大。为适应不同种类谷物的烘干需求，建立了空气出口平均温度随入口参数变化的幂指数回归预测方程，该方程可以用于预测烘干机换热器的输出温度或指导换热器的设计。     

烧结烟气鼓泡脱硫的三维数值模拟

对钢铁行业烧结工序的烟气脱硫过程进行了数值模拟研究,以220 m2烧结烟气脱硫塔为模拟对象建立了鼓泡脱硫塔气液流动与脱硫反应耦合的三维数理模型,考察了Ca(OH)2浓度、表观气速、入口烟气温度、入口烟气SO2浓度对烟气中SO2脱除率的影响.以表观气速0.11m/s、入口烟气温度418 K、入口烟气SO2浓度1 600 mg/m3、Ca(OH)2浓度0.614 mol/L、浆液温度323 K为基准工况,逐一改变单个运行参数.研究结果表明:当Ca(OH)2摩尔浓度为0.1~0.614 mol/L时,脱硫率随浆液中Ca(OH)2浓度的增加显著增大;当表观气速为0.07~0.21m/s时,脱硫率随流速的增大而降低;当入口烟气温度为370~445 K时,脱硫率随温度的增大而降低;当入口烟气SO2浓度为2 000~2 400 mg/m3时,脱硫率随入口烟气中SO2浓度的增加有所降低.     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

大功率半导体发光二极管液冷板散热性能分析

液冷板体积小,散热效果明显,被广泛应用于密集电子器件的散热。为研究液冷板内部的流动与传热过程,实现高效散热,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对液冷板进行热固耦合三维数值模拟,对比分析了水、乙二醇、酒精及甘油4种常见的不同类型冷却液在冷板内的流动规律与换热特性,研究了冷却液入口流速对综合散热性能的影响,并通过理论计算的方法加以验证。结果表明：设计的液冷板具有较好的流动和换热性能,4种冷却介质的综合散热效果均随入口流速增加而得到不同程度改善,最佳入口工况流速为2.5 m/s。以发光二极管芯片结温为散热性能指标,发现水的散热效果最佳,基板表面温度分布较为均匀。     

极地船换热器中海水-冰晶两相流的流动及传热特性的数值研究

为改善极地船舶在北极航行时换热器的换热以及解决管程的冰堵问题,保障船舶海水冷却系统的运行与控制,基于CFD数值模拟方法,使用欧拉-欧拉双流体模型耦合相间传热传质模型,对海水-冰晶在壳管式换热器入口直管中的流动和传热进行数值模拟,研究入口含冰率和速度对冰晶流动和传热特性的影响.结果表明,冰晶在流动过程中由于融化发生分层现象,增加入口IPF或降低速度,会出现更显著的分层现象且顶部近壁处的冰晶体积分数随之增大.此外,与单相海水传热特性相比,当速度为1.0 m/s时,冰晶会增强传热;当速度为1.5 m/s、IPF小于6%或者速度为2.0 m/s、IPF小于10%时,冰晶对海水-冰晶两相流的传热具有减弱的作用,而且这种影响随入口速度的增加而增大;IPF为20%时,传热系数达到最大值.     

小方坯结晶器水温水速对传热过程影响

通过建立结晶器内钢液和水的二维对流-传热耦合模型过程,研究了小方坯结晶器冷却水入口温度和流速对铜管温度和结晶器内平均热流的影响.该模型使用Fluent进行求解,模拟了钢液和冷却水的流动和传热,凝固坯壳的生长,以及热量以辐射和导热两种通过保护渣和气隙.通过将坯壳厚度和铜管温度与其他研究的结果进行对比来验证模型准确性.研究结果表明,结晶器冷却水的温度显著影响铜管的冷面温度,水温超过313K会导致铜管冷面最高温度超过水的沸点.水流速升高0.49 m·s-1能够消除水温升高4K带来的不利影响.     

多孔氧化铝陶瓷内高温流体的流动及传热特性

通过仿真模拟的方法研究了模拟烟气、水蒸气及含尘烟气三类高温流体在多孔氧化铝陶瓷材料内的流动及传热特性。结果表明:随孔隙率增大,流体平均流速加快,流体进出口温降逐渐减小。三类流体中,水蒸气流速最大,在最大孔隙率下其流速达到66.64 m/s;烟气温降最显著,当孔隙率为0.3时,其进出口温差达到最大值85.6 K。随压差的增大,流体流速加快,其中受粉煤灰颗粒影响的含尘烟气流速增幅较小,流速仅从0.23 m/s增至0.93 m/s;另一方面,压差增大导致流体与壁面的热传导减少,模型内流体温降减小。含尘烟气流体扰动较大,当增大孔隙率和压差时,流速呈线性增长;尽管粉煤灰颗粒的存在强化了传热,但流体分子间的相互作用使得含尘烟气温度变化显著。     

低质量流速下环形通道内干涸后传热实验研究

对以水为工质在中压(1 5～6 0MPa)、低质量流速(52 89～84 20kg/(m2·s))下的双面加热环形通道内的流动沸腾干涸后传热进行了实验研究.由实验数据与通用的经验公式进行比较,发现这些关系式适合于中高压、高质量流速工况,而对低压、低质量流速工况存在较大的偏差.考虑了蒸汽物性参数和壁面温度对换热的影响,在Groeneveld公式形式的基础上,引入Polomik公式中壁面温度和饱和温度比值关系的修正因子,分析了影响壁面温度的热流密度、压力和质量流速等因素,得出了一个适合中压、低质量流速下新的干涸后传热计算关系式.该关系式与实验数据吻合较好.     

日光温室热湿环境作用下土壤-空气换热器动态换热特性的试验研究

针对土壤-空气换热器空气降温运行时的换热特性进行了试验研究,分析了入口空气温度和换热管长度对土壤-空气换热器出口空气温度和单位管长换热量的影响;并结合空气在换热管内的降温数据,采用非线性回归方法建立了换热管出口空气温度与入口空气温湿度、换热管长度、管内空气平均流速的函数关系式;并验证了其准确性。试验结果表明,换热管越长,管内流速越低时,出口空气温度越小,波动幅度也越小;土壤-空气换热器进出口空气温差与入口空气流速成反比,而单位管长换热量与入口空气流速成正比。当管内空气平均流速从4.5 m/s降至0.5 m/s时,进出口空气温差从3.97℃升至6.18℃,而单位管长换热量从11.59 W/m减至1.79 W/m。从增强土壤-空气换热器整体换热性能的角度考虑,管内最佳空气平均流速为5.9 m/s。研究结果对于土壤-空气换热器的结构设计优化和换热性能提高具有重要的理论和实际意义。     

三维集成微系统散热微通道均温性研究

针对微通道流体流动方向壁温温度梯度较大、热失配应力较大,从而导致三维集成微系统可靠性降低的问题,以数值计算的方式分析在不同流速(0.3～0.7 m/s)下4种热沉结构的均温特性。研究结果表明:混合式微通道热沉(H-MCHS)均温性最好,入口流速V_(in)=0.3 m/s时,壁温标准差σ=2.09 K。增加入口流速可改善均温性,流速从0.3 m/s增加到0.7 m/s时,H-MCHS壁温标准差σ减小50.70%。     

套管式地埋管换热器的换热影响因素研究

为解决传统U型地埋管换热器在严寒地区换热效率低的问题.以套管式换热器为研究对象,以实验结果验证模型可靠性,采用数值模拟的方法对入口流速、回填导热系数、流体流动方式以及埋管材质对其换热性能的影响进行研究.研究结果表明,入口流速为0.5 m/s时,单位延米换热量可达42.2 W/m;回填导热系数由1 W/m·K增加到2.5...     

球窝/球凸结构下的U型通道蒸汽冷却性能

采用标准k-ω湍流模型研究了球窝/球凸结构下U型通道内蒸汽的传热与阻力特性,计算、分析了雷诺数为1×104~5×104、来流温比为0.79~0.93、出口压力为0.5~3MPa时通道内的流动与传热性能,获得了拟合的传热关联式,对比了蒸汽与空气冷却特性的差异。研究结果表明:雷诺数增加在提升总体传热效果的同时能够有效降低流动阻力系数;来流温比增大对强化传热的作用并不明显,但可以有效降低流动阻力损失;提高出口压力可以有效增强传热效果,但大大增加了流动阻力;出口压力为1.5~2MPa、来流温比为0.84~0.88时蒸汽冷却参数能够获得较为理想的综合换热效果;与空气相比,蒸汽的热物性更容易受到温度和压力的影响,导致传热增强系数的变化较大,此时雷诺数的变化对传热增强系数的贡献并不显著;拟合的传热关联式可以准确预测通道内蒸汽冷却换热系数。     

ICVI制备炭/炭复合材料流场模拟

为探讨制备炭/炭复合材料等温化学气相渗透工艺渗透过程,用Navier-Stokes方程耦合Brinkman方程成功地模拟了混合前驱体在沉积炉内流场.分析了该流场的特征,讨论了流场与沉积炉入口尺寸和初始流速的关系.为保证混合前驱体在自由流动空间内为层流,当入口尺寸为0.01 m时,初始速度应该为0.4 m/s.     

超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统冷却特性研究

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统的冷却特性,给出了系统作用下高压缸内外缸和轴端平衡活塞等固体部件的温度场分布特性,对比了有/无内部旁路冷却系统在不同条件下高压缸的温度场。研究结果表明:超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统能有效冷却高压缸内缸和轴端平衡活塞,使整体温度水平明显下降,高压缸外缸温度略有上升,高压缸内缸在旁路冷却系统的作用下温度分布均匀;对于阶梯式平衡活塞的冷却作用,主要取决于3段汽封长度、汽封齿间隙及平衡活塞前径向间隙。     

竖直管道内强迫循环下非凝性气体对蒸汽冷凝的影响

非凝性气体对蒸汽冷凝具有重要影响作用,能够大大增加蒸汽冷凝过程的传热热阻,减小传热系数。为研究非凝性气体对竖直管道内蒸汽冷凝的影响,基于Nusselt理论建立了强迫循环条件下蒸汽冷凝的传热传质类比模型。将模型的计算结果与实验数据进行了对比,结果表明:模型能够准确地预测竖直管道内蒸汽冷凝传热系数。模型中非凝性气体为空气,空气的入口质量分数对蒸汽冷凝传热系数具有较大影响。当入口空气的质量分数从8.73%到22.45%变化时,入口处冷凝传热系数从4.8kW/(m~2·K)到1.2kW/(m~2·K)变化,且沿着管道轴向冷凝传热系数逐渐减小。当入口温度从100℃到140℃变化时,传热系数逐渐减小。该研究表明非凝性气体的种类、质量分数和入口温度为影响蒸汽冷凝传热的重要因素。     

HTR-10GT旁路阀调节中的回热器芯部响应特性

为准确计算高温气冷堆(HTGR)氦气透平循环装置HTR-10GT的回热器芯部在旁路阀调节时的响应特性,提出了适用于回热器的、基于双曲型守恒律方程和Warming-beam线性化方法的分布式求解方法。该方法考虑了工质热物性随温度的连续变化。对其他换热部件、叶轮机械及空腔的特性进行了简化建模,得出了旁路阀调节时回热器进口流量和温度的变化,在此基础上比较和分析了旁路阀在不同位置时回热器芯部所受的温度冲击。计算结果表明:把高压压气机出口到回热器高温侧入口和出口的旁路阀同时打开、在保持调节效果不变的前提下,回热器芯部受到的温度冲击得以减轻。     

湍流状态下二氧化碳-水相平衡体系压力的偏移

以二氧化碳-水体系为对象,研究了流体流动和温度变化对气液相平衡体系压力的影响。常压环境中,在温度为288.15~303.15K区间内每隔5K取一个温度实验,在流速范围为1~3m/s区间内每隔0.5m/s取一个流速进行实验,使二氧化碳饱和水溶液在设计管路中流动。实验结果显示,动态平衡偏移率与液相流速成正比,与实验温度成反比。在实验条件下,动态平衡偏移率最大可达15%。对实验数据拟合后,得到动态平衡偏移率的表达式为 r=6.3142×10^－10(Re)^1.6549(μ_l/μ_g)^1.0580(适用范围为7500相似文献