场协同原理在强化换热与脉管制冷机性能改进中的应用(上)

简要地介绍了场协同原理的基本思想，综述了文献中应用数值分析方法讨论场协同原理在强化单相对流换热分析中的应用情况，说明场协同原理可以将现有文献中关于强化单相对流换热的3种说法统一起来，因而是强化单相对流换热的统一理论。     

换热场协同理论的数值模拟

场协同理论把对流换热比拟为有内热源的导热问题 ,认为对流换热的强化不仅取决于流体的流动和流体的物性 ,还取决于流场与温度场的协同关系。该文在场协同理论指导下进行了强化换热的机理探讨 ,利用数值分析的方法 ,从分析流场与温度场的协同配合关系入手 ,研究等壁温和等热流两种边界条件下两无限大平板间流动的换热特点。研究结果表明 ,在两无限大平板通道的流动换热特性和流场与温度场的协同状况有密切关系 ,并揭示了在该流动中影响换热的主要当量源。有针对性提出强化换热的方向。场协同理论为强化换热技术的发展提供了理论依据     

强化对流换热场协同唯象理论

根据现代热力学流与力的热力学线性唯象关系，导出了对流换热强度与流体中存在的各种内场及外场的关系，从唯象上阐明了降低热边界层厚度、增加流体优动和增加近壁面速度梯度的强化对流换热方法的物理机制。结果表明，强化对流换热的本质是控制内场和外场方向的协同，并从此可指导发展强化对流换热的新方法。     

柴油机缸内传热和气流运动实验方法研究

提出了在强迫对流换热条件下，根据实测壁面瞬时温度，计算对流换热气体流动特性，并进行了实验验证．在此基础上，介绍了用快速响应温度传感器测试倒拖运行单缸风冷柴油机缸盖火力面局部瞬时温度以及缸内对流换热气流特征速度的研究结果．     

烟道气的冷凝传热与脱硫的实验研究

实验研究了锅炉烟气在轴流式塑料螺旋板空气预热器中的传热特性．与圆管内和圆形套管内层流单相对流换热进行了比较．具有烟气冷凝的对流换热研究反映冷凝换热与单相对流换热具有同等重要性,与纯蒸气冷凝换热有明显不同,也不同于湿空气去湿过程．采用修正后的古典膜模型对烟气冷凝的计算与实验结果有较好的一致性．伴随烟气冷凝,烟道气中所含SO2和NO2被冷凝液吸收,降低了有害气体浓度．     

气流横向冲刷管束换热的场协同数值模拟验证

对气流横向冲刷管束换热这种比较复杂的流动形式,推导出了气流横向冲刷管束换热时的传热努塞尔数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对场协同原理进行了分析与验证．结果表明,场协同原理同样适用于这种形式比较复杂的流动与换热．同时用场协同原理解释了管排方式和管间距对换热的影响,发现随着速度场与热流场协同作用的不同,换热随管排方式和管间距的改变也有所不同．     

自然对流和气体辐射耦合换热的数值模拟

采用数值研究方法，分析了受限空间中自然对流和辐射耦合换热．提出了一组用来模拟实际气体的自然对流和表面－气体辐射耦合换热的数学模型．并运用该数学模型分析了由于辐射换热的存在对自然对流情况下流场、温度场、流动边界层、热边界层的影响．     

强化能量传输与转换过程-场协同与控制

给出了对流换热中速度场与温度场协同的一般公式并推广到湍流情况，阐明了强化对流热传输的物理机制。将场协同原理扩展到经典物理学与近代物理学中，并以实例说明场协同原理是强化能量传递与转换过程的一般原理。     

多孔介质中超临界压力CO2对流换热的实验研究

对超临界压力下CO2在颗粒直径为0．2～0．28mm的竖直烧结多孔介质圆管中的对流换热进行了实验研究．对热流密度、质量流量、入口压力及流动方向对对流换热规律的影响进行了研究，结果发现：准临界点附近CO2强烈的物性参数变化，尤其是定压比热的变化对对流换热的影响很大；对流换热系数随着流体局部平均温度的升高在准临界点附近达到最大；随着热流密度的增加，对流换热系数出现先增大后减小的趋势；质量流量越大，对流换热越强；流动方向对对流换热的影响不大；随着压力靠近临界压力，CO2的物性参数变化越来越剧烈，对流换热系数在准临界点附近也越来越大，但随着流体温度远离准临界点，压力对对流换热的影响逐渐减小．     

射流纵向涡强化换热的数值模拟

为研究射流引起的纵向涡对流动和换热性能的影响,采用数值方法模拟了三维矩形通道内有射流从底面进入时的定常、不可压层流对流换热,得到了纵向涡影响下的速度场和温度场以及沿流动方向局部Nusselt数的分布.以场协同原理为指导,分析了射流纵向涡强化换热的原因,并进一步研究了射流角对纵向涡的换热强化效果的影响.结果表明 纵向涡改善了通道内速度场和温度场的协同关系,强化了对流换热; 射流垂直底面入射时,纵向涡的换热强化效果较好.     

循环流化床锅炉传热特性分析

作为循环流化床锅炉整体数学模型和控制系统研究工作的一部分,结合环核结构的流动数学模型,建立了循环流化床锅炉的传热数学模型,对对流传热系数和辐射传热系数随炉膛高度的变化情况以及运行参数改变对循环流化床锅炉传热特性的影响进行了仿真研究,仿真结果表明,一二次风配比的改变和过量空气系数的改变都会使循环流化床锅炉的传热系数改变,但对对流传热系数的影响更大一些,即传热系数与辐射传热份额的变化方向相反。     

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。     

离心流化床内物料干燥特性的实验研究

对以表面水分为主的颗粒物料（黄沙）和以内部结合水分为主的食品物料（土豆、萝卜）在离心流化床中的干燥特性进行了试验研究,获得了各种物料的干燥曲线,并对影响干燥特性的气体表观流速、床体转速、床层厚度、物料形状和特性等主要因素进行了分析和讨论。     

离心流化床的连续介质模型

基于连续介质理论建立了离心流化床内气固两相运动和热质传递的物理模型，对控制方程中的各项进行了分析，提出了相应的本构方程，获得了描述离心流化床中气固运动规律和能量传递规律的闭合方程组。初步计算结果与实验结果吻合得很好，为离心流化床的进一步理论和实验研究奠定了基础。     

膜式水冷壁换热系数的有限元分析

将有限元用于水冷壁的换热分析,计算了鳍片结构对换热的影响,探讨了用测量壁面温差法求取炉内向水冷壁换热的可能性。计算发现,有限元计算与目前中国采用的标准吻合得非常好,但是标准给出的鳍片中间点温度偏大。增大管节距时,鳍片吸热份额和最高温度升高;较大的厚度可以降低鳍片最高温度,提高吸热份额。壁面上两点温差可以表征水冷壁受热状况,炉膛向受热面的换热系数与温差呈较好的线性关系。对几台商业运行的循环流化床锅炉的水冷壁进行了有限元测量,将有限元结果与热平衡结果进行了比较,表明有限元测量方法比较真实地反映了实际情况。有限元方法测量结果呈现偏大的趋势,主要与鳍片和母材的根部焊接出现附加热阻有关。     

循环流化床中颗粒团浓度沿轴向的分布

循环流化床中存在分散固体颗粒的连续上升气相和相对紧密的颗粒团两部分．颗粒团聚物对气固两相流动、传热和反应等行为有重要影响．通过拟Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ动力学理论研究循环流化床中聚团流动的颗粒数份额沿轴向床高的分布,分析和讨论了气体表观流速、固体循环率等对聚团流动的颗粒数份额沿轴向分布的影响．所得结果可为深入研究循环流化床内气固传热传质和反应模型提供理论基础．     

六棱柱滚筒冷渣机传热效率影响研究

冷渣机是CFB（circulating fluidized bed）锅炉的重要辅机,其传热效率对CFB锅炉的连续稳定运行发挥着重要作用,为了进一步分析颗粒传热效率的关系。以一种多管式六棱柱滚筒冷渣机为研究载体,冷渣管内高温灰渣颗粒为研究对象,基于离散元方法及其数值模型,运用商用软件EDEM（extended discrete element method）来模拟分析高温灰渣颗粒在冷渣管内的传热过程。将颗粒温度T规范化处理为量纲温度T?,以平均温度、温度概率密度函数T-PDF和颗粒运动规律为指标定量分析滚筒转速和颗粒直径对灰渣颗粒传热过程的影响。其中,六棱柱冷渣管边长L=200 mm,长500 mm,壁厚10 mm,管初始温度360 K,颗粒初始温度1200 K。结果表明：颗粒的传热效率随着转速的增加而增加,n=10 r/min相对于n=4 r/min的散热效率增加了61.1%;颗粒的传热效率随着粒径的增大而减小,d=5 mm相对于d=3 mm散热效率的下降了30.7%。转速是通过翻转次数来影响传热效率,粒径是影响接触点碰撞次数来影响传热效率。     

循环流化床锅炉动态模型与仿真

循环流化床 ( CFB)燃烧是一项高效、低污染的技术。建立了 CFB锅炉的动态数学模型。模型沿气体和固体的主要流动方向将流化床系统划分成连续的一系列小室 ,在每一小室内对各物质建立质量和能量的非稳态方程。同时 ,模型考虑了气固两相流动、煤颗粒燃烧、SOx、NOx 的生成与还原反应及受热面上的热传递。对一台 3 5 t/h CFB锅炉进行了动态仿真计算。计算结果表明 :该模型可以准确反映所仿真锅炉的动态特性。该模型可以预测锅炉特性 ,为设计和运行提供指导 ;可用于开发模拟培训仿真器 ;还可以为控制策略的选择和控制系统的设计提供指导     

粗湿颗粒循环床传热的研究

本文对粗湿颗粒在循环流化床中干燥过程的传热传质规律作了实验研究。在不同的表现流速、固体循环率、初始湿含量和颗粒粒径下，沿床高测量了气固相的局部温度，分析和讨论了各种流化参数对传热传质的影响，对粗湿颗粒（Ｇｅｌｄａｒｔ’Ｂ类）循环床提出了一些观点，由此建立的无因次准则方程与实验值吻合较好。     

300MW循环流化床锅炉外置式换热器性能仿真

随着循环流化床锅炉的大型化,外置式换热器的研究也越来越广泛和深入.为了研究外置式换热器的工作过程,针对东方锅炉集团(公司)300MW循环流化床锅炉的外置式换热器,建立了换热器的流动模型和传热模型.根据小室模型理论,将外置式换热器按受热面划分为多个小室,建立各自对应的质量和能量守恒方程.根据假设对模型进行简化,选用经典四阶龙格-库塔法和Fortran语言编写代码,最后对上述仿真模型进行稳态和动态测试.稳态和动态试验中,模型均能较快达到稳定,并得到合理结果,表明所建立的仿真模型是可靠和适用的.