湿空气透平循环流程优化分析

从换热器的位置与数目、体现能量的梯级利用原则、减小传热温差、避免带有显著温差的传热过程及充分利用每一个温度等级的能量等方面,分析了循环冷却水非等温混合流程的不足,提出了湿空气透平（ＨＡＴ）循环冷却水等温混合流程,并对该流程的参数进行了优化选择,得出了ＨＡＴ最高热效率循环流程．还分析计算了该循环的热力学性能     

湿空气含湿量的解析计算

改变传统的湿空气的含湿量依赖查湿空气性质图、表的方法，而从理论上给出一种应用解析计算公式计算湿空气含湿量的新方法。     

微型燃气轮机变工况性能实验研究

开展了30 kW回热式微型燃气轮机(简称"微燃机")的变工况实验性能研究。重点讨论了环境温度35.6℃,大气压力下燃料耗量、效率、余热量、烟温、功热比等参数随负荷的曲线变化关系,并与设计标况相应的曲线关系做对比分析。研究表明:两种工况变负荷情况下,随着输出功减少,效率明显降低,排烟温度和余热量均减小。环境温度35.6℃,输出功为额定负荷的50%时,效率值仅降低2.23%,但当输出功为额定负荷的1/10时效率值降低了52.85%。排烟温度保持在129.90℃~250.05℃,余热量34.05~94.03kW之间。当环境温度高出设计温度20℃时,相同出功量天然气耗量明显增大,效率降低,两种工况效率差值随着出功增加而增大,效率差值在3.07%~8.12%之间;余热量增加30%左右,功热比降低30%~40%。微型燃气轮机最大净输功受环境温度影响较大,环境温度高出设计温度20℃时最大净输功仅为额定功率63.07%。     

循环流化床锅炉变工况下的传热系数计算

为了提高循环流化床锅炉变工况下传热计算的精度,克服现有的关于炉内平均传热系数模型的不确定性,针对75 t/h循环流化床锅炉,依据在大量变工况试验的基础上所获得的不同负荷下沿炉膛高度的固体物料浓度分布,建立了变工况下分三区计算的传热模型。该传热模型正确反映了炉膛上部过渡区和稀相区平均固体物料浓度随循环流化床锅炉运行主导因素的变化规律。计算结果表明:依据三区传热模型计算的各区温度与试验运行值在各个工况下都吻合较好,该结果为循环流化床锅炉的动态特性研究和仿真研究提供了技术支持。     

吹风比和湿空气含湿量对平板气膜冷却流动与传热特性的影响

为进一步分析出湿空气作为冷却工质时气膜冷却相对于干空气气膜冷却的差异,分别通过实验与数值方法,探究了吹风比和湿空气含湿量对平板气膜冷却的影响。在实验研究中,采用红外热像仪测量靶面温度,对比分析了不同含湿量与吹风比下平板气膜冷却性能变化规律,从而得到气膜冷却效率关于吹风比与含湿量的变化关系。在数值研究中,建立了具有单个气膜孔、周期性边界条件的气膜冷却模型,利用ANSYS CFX软件数值分析了高温高压条件下的不同吹风比,不同湿空气含湿量条件下的流动与传热特性。结果表明：在实验条件下,当吹风比为0.7时,靶面冷却效率随含湿量的增加而增加;当含湿量为188.9 g/kg时,湿空气相对于干空气的靶面平均冷却效率增加量最高,约为4.8%。数值分析结果和实验吻合较好。进一步的数值分析表明,当吹风比为0.7时,气膜冷却效果最好,且吹风比处于0.3～0.7之间时,靶面的气膜冷却效果均随着含湿量的增加而增加,当吹风比大于0.7时的规律则相反。基于实验结果与数值结果拟合出靶面平均气膜冷却效率关于吹风比和含湿量的关联式,实验值和数值结果与关联式的相对误差均小于±2%。     

进口雷诺数和湿空气含湿量对冲击冷却流动和传热特性的影响

为进一步探索湿化燃气轮机透平循环的叶片前缘冷却情况,分析了进口雷诺数和湿空气含湿量对冲击冷却流动和传热特性的影响。建立了带有进气室、单排圆形冲击孔和冲击冷却腔的冲击冷却模型,利用ANSYS CFX软件数值研究了进口雷诺数和湿空气含湿量对冲击冷却流动和传热特性的影响,总结了湿空气冲击冷却的流动和传热规律。在此基础上,对努塞尔数与冲击孔雷诺数和湿空气普朗特数进行关联式拟合,得到了湿空气冲击冷却的传热关联式。研究结果表明:冲击冷却的冷却性能随着进口雷诺数和含湿量的增大而提高;冲击射流冲击至靶面后沿着壁面向四周流动,并在冲击腔内形成复杂的流动涡结构;增大进口雷诺数能够显著增大冷气的涡量,提高换热靶面的换热强度;相同进口雷诺数下,干空气冷却和湿空气冷却换热靶面努塞尔数分布规律一致,但数值上湿空气冷却的略高于干空气冷却的,并且二者差异随着进口雷诺数的增大而增大;冷却工质的质量流量随着含湿量的增大而减小,换热靶面努塞尔数随着含湿量的增大而增大;拟合的传热关联式与数值计算的结果吻合较好,能够较好地预测湿空气冲击冷却的换热系数。     

考虑性能退化及变工况的多状态系统可靠性分析方法

工作状况频繁变化(变工况)的复杂系统,由于其组成单元在复杂的工作环境下呈现出不同的性能退化规律,使得多状态系统的可靠性评估十分困难。考虑性能退化的多状态可靠性分析基本理论,定义了退化单元及复杂系统的多状态可靠性函数;给出了相应的计算方法。结合船舶复杂动力系统的应用实例,得到了其性能退化规律及变工况工作时的可靠度变化规律,所提出的考虑性能退化及变工况的多状态系统可靠性分析方法对复杂系统的可靠性评估有一定借鉴价值。     

环境温度对E级燃气-蒸汽联合循环机组全工况影响

研究对象为PG9171E型燃气轮机为顶循环的联合循环机组,构建了燃气-蒸汽联合循环系统变工况模型.通过改变环境温度及相应边界条件,分析了环境温度对联合循环机组全工况性能及调峰能力的影响情况.结果表明:以性能保证工况作为基准工况,降低大气温度,以冬季工况为代表,其全工况性能优于基准工况,效率比基准工况提高幅度为1.69%~3.75%,其出功增加幅度为11.48%~11.57%;提高大气温度,以夏季工况为代表,其全工况性能劣于基准工况,效率降低幅度为2.56%~5.08%,其出功降低幅度为10.44%~10.58%;对于机组的调峰能力,随着环境温度的升高,机组的调峰能力在降低,-20℃时联合循环机组最大、最小发电负荷分别为47.63,242.62 MW;40℃时最大、最小发电负荷分别为39.14,172.12 MW,全年温度范围内调峰幅度为132~194 MW.      

变工况条件下的纯电动车热泵系统火用性能分析

基于台架试验数据和热力学第1、2定律,通过改变制冷剂R134a的充注量、室外环境温度和压缩机转速等工况条件,推导出纯电动车热泵系统的性能系数(COP)及其火用损失和火用效率的计算公式,并分析了系统的性能.结果表明:制冷剂R134a的最佳充注量为400g,纯电动车热泵系统总的火用损失为0.61~1.28kW;冷凝器和蒸发器的火用效率较低,分别为37.9%~53.1%、34.2%~61.8%.     

三级有机工质离心透平气动性能研究

以有机工质R123为工质,基于一维气动分析理论,设计了三级离心透平,并采用数值模拟方法研究了不同工况下的透平气动性能.结果表明:设计工况下,三级等叶高直叶片离心透平轮周效率可达到86.7%;在变工况条件下,离心透平轮周效率随着膨胀比的增大先增大后减小,离心透平各级的膨胀比、焓降和反动度等热力参数随着级组膨胀比的变化从高压级到低压逐级增大,最末级变化最大.     

多孔式喷嘴加湿旋流扩散燃烧流场的实验研究

利用激光粒子图像速度场测量技术对环型多孔式喷嘴的加湿与不加湿旋流扩散燃烧流场进行了实验研究,分析了湿度对旋流扩散燃烧流场的影响.结果表明,随着燃烧流场湿度增大,火焰明显变暗,火焰宽度和高度增大,回流区漩涡与燃烧器出口和喷嘴轴线间的距离减小,轴线上最大回流速度降低,轴线最大回流速度点与喷嘴的距离增加,逆流区宽度和喷嘴旋转射流扩展角减小,流场轴向出口的不均匀系数增大.     

湿空气非预混火焰回流区速度特性的实验

为了寻找特性速度对火焰结构的规律性影响,使用粒子图像速度仪(PIV)测量圆盘形钝体后甲烷/湿空气非预混火焰的回流区速度场,得到火焰的平均速度场分布.结果表明,在中心燃料未穿透回流区时,中心轴线上存在2个滞止点;与普通的燃烧火焰相比,湿空气燃烧2个滞止点之间的距离变短,最小无量纲速度偏大,其位置曲线具有3个明显的变化阶段,分别代表不同的燃烧状态;在不同的空气速度下,中心轴线上的最小速度及其所处位置都具有大致相同的函数关系,表明燃空速度比是控制燃烧火焰结构的一个重要参数.     

加湿回流湍流扩散燃烧流场的实验研究

实验测量了加湿、不加湿状况下钝体后丙烷/空气湍流扩散燃烧流场,分析了两种燃烧流场的异同点.实验中采用粒子图像速度场(PIV)测量技术测量了钝体后加湿、不加湿扩散燃烧流场的速度分布,利用高温热电偶测量了两种流场火焰内部的温度分布,使用气体分析仪测量了两种流场的NO分布.结果表明:加湿扩散燃烧流场与不加湿扩散燃烧流场虽然总体相似,但加湿使得燃烧流场回流区中心的位置前移、回流区长度减小、燃烧区最高温度降低,并且使得燃烧室内的NO浓度降低;加湿有利于燃烧室轴向尺寸的缩小,提高了燃烧室内温度分布的均匀度,降低了污染物的排放.     

空气制冷循环最优性能解析

通过建立单级空气制冷循环的量纲为一的热力学模型,推导出对应最优性能系数的压比公式,以及最优压比下的循环性能参数解析表达式.在此基础上针对不同的运行工况和转动部件效率,对循环性能进行数值分析,发现:高低温热源温差的增大,最优压比升高,最优性能系数下降,单位制冷量升高.提高转动部件效率,最优压比小幅降低,最优性能系数大幅升高以及单位制冷量大幅下降.同比之下,膨胀机效率对系统最优性能的影响更大.这些都有助于实际空气制冷系统的优化设计.     

互联式空气悬架动态特性试验研究

将传统空气悬架的空气弹簧通过管路互联,使空气弹簧间可以进行气体交换,构成互联式空气悬架。空气弹簧的互联改变了悬架的刚度,通过合理地控制可进一步提高空气悬架的性能。先分析互联式空气悬架的结构与工作机理,然后搭建其半实物模型及其动态特性测试系统。试验结果表明,空气悬架的"侧向互联"可降低簧上质量在中频段(5~9 Hz)的垂向加速度、车身侧倾角与质心附近的侧倾角加速度;但使得该频段内的悬架动行程增加。当振幅较小时,互联式空气悬架对车辆性能各项指标的改善变弱。在分析试验结果的基础上,总结了互联式空气悬架在设计过程中需要遵循的规律,得到的相关结论将为互联式空气悬架的设计和应用提供理论参考。     

叶片数对SCPPVC空气涡轮机气动性能影响的试验研究

立式集热板太阳能热气流发电系统(SCPPVC)空气涡轮机叶片数与其气动性能密切相关,利用Wilson设计方法,对该系统涡轮机叶片进行了初步设计,利用3D打印技术完成了叶片制样,简介了风洞方法。据此,试验研究了叶片数对SCPPVC系统空气涡轮机气动性能的影响。结果表明:以功率和风能利用系数为指标,涡轮机最佳叶片数以7片为宜;涡轮机输出功率与入口风速增加呈指数变化趋势,与涡轮机前后压差增大呈近似成线性关系。     

Economics and Performance Forecast of Gas Turbine Combined Cycle

Forecasts of the various types of gas turbines economics and performance of gas turbine combined cycle （GTCC） with will help power plant designers to select the best type of gas turbine for future Chinese powerplants. The cost and performance of various designs were estimated using the commercial software GT PRO. Improved GTCC output will increase the system efficiency which may induce total investment and will certainly increase the cumulative cash which then will induce the cost and the payback period. The relative annual fuel output increases almost in proportion to the relative GTCC output. China should select the gas turbine that provides the most economical output according to its specific conditions. The analysis shows that a GTCC power plant with a medium-sized 100 to 200 MW output gas turbine is the most suitable for Chinese investors.     

户式温湿分控空调机组运行特性实验

利用焓差实验室对一种户式温湿分控空调机组的设备显热比变化特性进行实验.分别保持通过该机组两侧蒸发器的换热介质的入口参数恒定不变,当压缩机转速和风侧蒸发器的冷剂比例同时变化时,得到设备制冷量、设备显热比SCR以及能效比EER的变化曲线.实验结果表明,改变机组压缩机转速以及风侧冷剂的比例,不但改变机组总制冷量,同时改变机组输出显热冷量与潜热冷量的比例;设备SCR的变化范围0.6~1.0,远远大于传统空调机组的变化范围,可以与房间显热比SHR值更好地匹配,以更好地控制室内热环境.同时表明,设备SCR的调控受到机组总冷量与能效比的限制,在实现设备SCR及总制冷量的前提下,尽量使EER值最大,有利于节能.     

透平叶片双工质冷却特性的实验研究

针对双工质冷却叶片存在尾缘温度较高的问题,提出了一种带尾缘射流孔的双工质冷却叶片.在建立的3叶片叶栅热风洞实验平台上,实验研究了冷却介质进口参数对实验叶片表面温度和冷却效率分布的影响.结果表明:双工质综合冷却下,叶片尾缘温度大幅度下降,叶片表面温度分布较均匀;当冷却介质与主流燃气的温比Tc/Tg=0.65、压比Pc/Pg=1.3、流量比Mc/Mg=0.034时,叶片尾缘和前缘区域冷却效率分别约为50％和55％,中弦区域的冷却效率高达67％;与冷却介质进口参数相比,冷却方式和冷却结构对提高叶片冷却效率更有效.