超临界循环流化床锅炉水冷壁并联双通道内流动不稳定性数值分析

针对超临界循环流化床(CFB)锅炉环形炉膛水冷壁中可能出现的流动不稳定性,采用时域法建立了适用于并联双通道流动不稳定性分析的通用计算模型。通过对质量、动量及能量方程一阶迎风差分离散与求解,编写了以Fortran语言为基础的流动不稳定性数值计算程序Dynsys,采用Dynsys程序对并联双通道进行数值模拟,结果表明:并联双通道进口压力、温度、总质量流量不变时,在稳态基础上对并联双通道中的通道1施加1.2倍热负荷扰动,两通道的进口流量随时间变化呈反相脉动;通道内的进口流量与出口流量随时间脉动沿轴向存在180°的相位差,流量脉动的振幅随时间逐渐减小,最终恢复到稳态值;超临界CFB环形炉膛锅炉水冷壁并联双通道内流动是稳定的,与单通道内流动不稳定对比,环形炉膛锅炉水冷壁并联布置有利于提高系统的稳定性。     

超超临界锅炉低负荷运行时的流动不稳定性计算分析

为了研究超超临界锅炉水冷壁在低负荷运行工况下的流动不稳定性,采用一维单通道模型,建立了适用于不同几何结构、热工参数的超超临界锅炉的流动不稳定性通用数值计算模型。在试验验证结果符合良好的基础上,对沁阳发电分公司1 000 MW超超临界锅炉水冷壁系统低负荷(40%额定出力负荷)运行的部分典型回路进行了数值计算,对比分析了动态流动不稳定发生时,热负荷线密度对进出口流量振幅及其稳定时间的影响。结果表明:对前墙的最短管9回路、左侧墙最长管32回路及上炉膛受热最强管107回路,随着热负荷扰动强度的增加,进出口流量脉动的振幅也逐渐增加;9、32、107各回路线密度分别为3.389、3.520、3.172 kW/m,热负荷线密度越大,对应典型回路进出口流量达到稳定所需的时间越长,脉动振幅越大,回路流动状态越不稳定。该结果可为超超临界锅炉的设计及低负荷安全运行提供指导,具有一定的可靠性及工程应用价值。     

低质量流速垂直并联内螺纹管中两相流不稳定性试验研究

针对600 MW超临界"W"火焰锅炉低质量流速水冷壁所采用的内螺纹管及锅炉设计参数,在高压汽水两相流试验台上进行了垂直并联内螺纹管中两相流不稳定性的试验研究,并观测到了压力降和密度波两种形式的脉动.在试验参数范围内就系统压力、质量流速、进口过冷度、上游可压缩容积、出口节流度和不对称加热对两相流不稳定性的影响进行了研究和分析.试验表明,在垂直并联内螺纹管中,压力降型脉动出现在干度较低的水动力曲线负斜率段,为两管整体脉动,而密度波型脉动出现在干度较高的正斜率区域,呈管间脉动.同时,根据试验结果,采用均相流模型得到了不稳定发生的界限关系式,为超临界锅炉低质量流速垂直并联内螺纹管水冷壁的设计与安全运行提供了依据.     

脉动流条件下的圆柱绕流特性研究

为探究脉动流对流体绕流结构物产生的影响,采用数值方法研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行分析。结果表明:脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升力系数、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。在流场中加入脉动流,可以增强流体振动促进流动混合。     

脉动流条件下圆柱绕流特性研究

该文数值研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行了分析。结果表明,脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。     

工作参数对变量柱塞泵流量脉动的影响

为揭示出口压力、斜盘倾角和转速等工作参数改变时变量柱塞泵流量脉动的变化特点,以某恒功率变量柱塞泵为具体对象,建立了变量机构的机液联合仿真模型,界定出柱塞泵工作参数范围.采用空间球面法计算配流盘的过流面积,并考虑油液压缩性及运动副配合间隙的泄漏,在此基础上应用AMESim软件对柱塞泵泵体部分进行了建模.结果表明:工作压力增大时,柱塞泵出口流量脉动幅值及脉动率均增大,流量倒灌量增大;斜盘倾角增大时,流量脉动幅值增大,脉动率先减小后基本不变,流量倒灌量增大但增幅微小;随着转速的增大,流量脉动幅值增大,脉动率减小且低转速下变化梯度较大,流量倒灌量逐渐减小.     

倾斜内螺纹管中超临界水的传热和流动阻力特性研究

为探究超(超)临界锅炉机组内螺纹管螺旋管圈型水冷壁的传热和流动阻力特性,在外径35mm、壁厚7.75mm的六头内螺纹管中进行了实验研究,实验参数为压力22.5～28MPa,热流密度300～500kW/m²,质量流速600～1 000kg/(m²·s),内螺纹管倾斜角度5°～45°。研究了倾斜角度和质量流速对超临界压力下水的传热和流动阻力特性的影响,用5个传热关联式对传热实验数据进行了评估,拟合了超临界水的对流传热和摩擦阻力系数实验关联式。结果表明:内螺纹管内壁面温度和水的传热系数几乎不随倾斜角度的变化而改变;随着质量流速的增加,内壁面温度减小,传热系数增大;随着倾斜角度的增大,水的摩擦阻力系数和摩擦阻力压力降均显著增大;随着质量流速的增加,摩擦阻力系数减小,不同压力下摩擦阻力压力降呈现不同的变化规律;拟合的传热关联式与实验数据吻合良好,95.8%的拟合值与实验值偏差在±20%之内;拟合的摩擦阻力系数关联式与实验数据吻合良好,拟临界点前后分别有84.2%和88.2%的拟合值与实验值偏差在±20%之内。     

斜流式泵喷水推进器内部流动不稳定性分析

为了揭示斜流式泵喷水推进器的内部流动规律,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIM-PLE算法,对不同工况下斜流式泵喷水推进器进行了数值模拟,分析了泵内部流动与其不稳定性之间的关系及叶轮叶片表面的压力分布规律.结果表明：扬程系数ψ与Q/Qbep曲线在流量为0.65Qbep～0.67Qbep工况下出现了正斜率（Q为工况点流量,Qbep为最佳设计工况点流量）,主要原因是导叶进口轮毂处的回流撞击叶轮出口流动,使其产生流动分离,最终形成旋涡,导致内部流动不稳定,从而使压力上升;在流量为0.65Qbep和0.85Qbep工况下,导叶内均出现回流,回流区域及回流速度随流量减小而增大.模拟分析说明斜流式泵喷水推进器在小流量工况下运行具有不稳定性.     

太阳能板式换热器的脉动流相变传热特性

为了研究脉动流对太阳能板式换热器相变传热特性的影响,对太阳能光热板式换热器建立三流道模型,模拟脉动条件下流道内部流动相变传热过程。结果表明：脉动流动下,波纹流道内漩涡周期性形成和脱落,波纹凹角处流体与主流区流体的掺混增强。与稳态相比,脉动流场传热效果的强化程度随振幅和频率增大而增大。稳态流动气相在凹角和换热壁面上堆积,形成明显的气膜。脉动流动下,随着脉动振幅增大,脉动流场的气相体积先减小后增大,振幅为0.02时到达最小值,随着脉动频率的增加,气相体积的变化幅值开始减小,气相体积均值在逐渐增大。     

均匀受热垂直上升管内的流动压降特性及界限质量流速

界限质量流速G_0是垂直管圈水冷壁直流锅炉的重要设计参数之一。当水冷壁管中的质量流速小于G_0时,水冷壁呈现正流量响应特性。目前普遍认为G_0的范围在1 000~1 200kg/(m~2·s)。在公开文献中,关于G_0的影响因素的系统研究还相对较少。该文基于经验关联式和经典的流动压降计算方法,分析了超临界/亚临界压力条件下,均匀受热垂直上升管内水的流动压降随热流密度的变化情况,系统研究了热流密度、管长、管径等因素对G_0的影响规律。计算结果表明:热流密度减小,G_0增大;管长变短,G_0增大;管内径增加,G_0增加。