基于子通道模型的超临界二氧化碳燃料组件热工特性分析

为实现偏远地区小型核反应堆的供电,本文开发了超临界二氧化碳燃料组件子通道分析程序BRESA并对结果进行验证,并对程序进行了稳态和瞬态的特性分析。通过开发的二维子通道分析程序,能够得到热工水力参数在轴向和径向上的分布规律,稳态特性分析可以获得燃料组件空间上的热工水力参数,在稳态计算的基础上,分析了流量变化瞬态工况,在流量线性增加、线性减少和流量突变瞬态工况下,燃料组件各参数的响应特性,获得了焓和压力在空间上随时间的变化趋势。结果表明,在流量线性变化的瞬态工况下,焓和压力小幅变化;在流量突变的瞬态工况下,焓和压力发生突变和大幅波动,出口焓的波动最大达到12%,这对反应堆的安全运行造成了挑战。本文的研究结果为超临界二氧化碳反应堆系统的变工况研究提供理论支持和技术指导。

柴油机微粒捕集器喷油助燃再生过程热工特性

为获得柴油机微粒捕集器喷油助燃再生过程热工变化特性,在考虑微粒氧化反应次模型的基础上,建立壁流式蜂窝陶瓷过滤体喷油助燃再生数学模型,通过对速度场、压力场、温度场与微粒浓度场等多场耦合求解,研究其再生过程热工参数变化规律。结果表明:喷油助燃装置热工参数、排气特征对过滤体再生过程影响较大。适当增大气油配比、提高喷油压力与喷油速率及加大补气流量均使再生过程中过滤体孔道壁面峰值温度升高,沉积在过滤体孔道壁面上的微粒层氧化燃烧速率加快,缩短过滤体的再生时间,但随着气油配比、补气流量的进一步增大,空气对流散热损失增强,及喷油速率进一步提高,混合气过浓导致燃烧器燃烧性能恶化等影响,孔道沉积微粒氧化速率、壁面峰值温度下降,再生速率降低。排气流量对再生过程的影响与补气流量相似,但从分析结果来看,排气流量能否合适控制对过滤体的再生过程有重要影响。这些规律的提出,为实现微粒捕集器安全、可靠、高效地再生及其过程控制的优化等方面提供依据和技术参考。

蓄热式钢包烘烤装置的热工特性

为研究蓄热式钢包烘烤装置的热工特性,对高温空气燃烧技术的加热效果进行了理论分析,并针对钢厂同时使用的新、旧钢包烘烤系统进行对比实验研究。研究结果表明:高温空气燃烧可以提高火焰温度,增大火焰体积,增强系统加热能力,提高燃料利用系数;使用蓄热式烤包系统对钢包烘烤器进行改造,经改造的系统节能近40%,钢包烘烤升温速度由6K/min升高到25K/min左右,钢包内温度均匀性提高,各测点的温度相差不超过30K,转炉和连铸生产条件大大改善。

蜂窝型蓄热体传热过程热工特性的数值研究

介绍了高温空气燃烧过程中蜂窝型蓄热体的工作原理和损毁原因 ,并建立蓄热体三维非稳态传热数学模型。采用代数雷诺应力模型和修正的速度 -压力耦合算法SIMPLEC ,耦合蓄热体内流体的流动和换热过程 ,用数值计算的方法研究了蜂窝型蓄热体的传热特性和格孔壁面上的应力变化规律。结果表明 :适当降低流过蓄热体的气体流速 ,缩短四通换向阀的切换时间 ,可降低烟气的出口温度 ,提高系统的余热回收率。频繁的蓄热和释热过程变换 ,使蓄热体格孔壁面交替受到拉应力和挤压应力的作用 ,换向时间越短 ,应力交替作用的影响越大 ;流体的流速越大 。

玉米秸秆颗粒燃料的热工特性

通过不同温度、不同压力下的成型实验,得到玉米秸秆颗粒燃料成型规律。热重实验结果提供了玉米颗粒燃料燃烧特性的重要信息。这些基础实验研究对秸秆颗粒燃料燃烧设备的工程设计具有理论及实用价值。以基础研究为依据,设计开发出玉米秸秆颗粒燃料气化燃烧锅炉。经过样机测试表明,此形式锅炉高效节能、洁净燃烧、大气排放指标优良,具有广阔的应用前景。

采用封装式相变材料的冷吊顶热工特性模拟

为促进冷吊顶技术的应用,开发采用封装式相变材料(Phase Change Material,PCM)的冷却吊顶,对其热工性能和传热机理进行分析研究.建立考虑接触热阻和导热形状因子影响的冷却室系统数学模型,通过仿真评价热工性能.结果表明,当铝板和PCM接触面间存在空气间隙时,传热效率大大降低,整个冷却室的稳定控制温度和控制时间受到影响;由导热形状因子构成的热负荷是总负荷的重要部分.根据单因素影响分析和多因素影响的正交分析,当冷室结构确定后,制冷剂温度、环境温度和气流速度对PCM吊顶的性能有影响,但影响程度不一.与实验结果对比,仿真结果对PCM冷吊顶热工性能具有较高准确度的趋势判断.

板式间接蒸发冷却器热工特性的实验研究

对自行研制设计的间接蒸发冷却换热试件开展了实验,研究了影响换热器换热性能的因素。结果表明:板式间接蒸发冷却器换热效率随二次空气入口的速度升高、一次空气入口的温度、二次空气入口的湿球温度升高而变大,随一次空气入口的速度变大而变小。实验结果对于深入认识间接蒸发冷却器的换热机理及开展换热器的优化设计有着很大的指导意义。

中板加热炉蜂窝蓄热体热工特性研究

以中板174m2蓄热式空煤气双预热连续加热炉为原型,建立了高效陶瓷蓄热体的三维非稳态流动及传热数学模型,采用数值分析的方法对蓄热体在不同换向周期条件下的热工特性进行了研究。结果表明,随着换向周期的延长,蓄热体出口烟气的平均温度逐渐升高,空气和煤气的出口平均温度逐渐降低;在相同的换向周期下,空气换热器蓄热体内的最高温度比煤气换热器蓄热体内的最高温度高,过长的换向周期也会引起蓄热体内较大的温度波动;换向周期对平均余热利用效率和平均温度效率都有较大的影响,其最佳换向周期应定在60 s左右。

蓄热式火焰炉的热工特性

建立了火焰炉数学模型,根据模型分析了炉子结构参数一定时操作参数变化对生产指标的影响,得出蓄热式炉和换热式炉的Q-P方程和b-P方程,并进行了比较·结果表明,在正常生产条件下,随着蓄热式炉生产率增加,炉子热负荷逐渐增加,呈线性关系;单位能耗下降很慢,呈线性关系;废气温度和热效率近似不变,呈线性关系·换热式炉热负荷和废气温度逐渐增加,单位能耗先降后升,热效率先升后降,炉子有经济工作点·与换热式炉相比,蓄热式炉工作的范围较大,能较好适应产量变化大的生产需求·

高温低氧燃烧技术应用于火筒式油田加热炉的热工特性实验研究

将高温低氧燃烧技术(high temperature air combustion,HTAC)应用于火筒式油田加热炉,解决其炉膛换热面受热不均的问题,并对HTAC技术在火筒式油田加热炉上应用相关的热工特性进行了实验研究。结果表明:采用烟气再循环方式可有效实现高温低氧燃烧;且将氧浓度控制在10%~13%范围内较为适宜;采用HTAC技术后,加热炉炉膛内不存在明显的局部高温区,炉膛周向和轴向换热的均匀性均大幅改善;当加热炉负荷降低至额定负荷的60%以下时,炉内轴向换热的均匀性明显恶化;但周向换热的均匀性基本不受影响。

高温气冷堆氦气透平循环热工特性的初步研究

模块式高温气冷堆氦气透平直接循环发电方案是建立在带有回热器、预冷器、间冷器的闭式布雷登循环的理论基础上的 ,是集安全性、经济性为一体的先进方案 ,有着良好的发展前景。本文对高温堆氦气透平循环的热力过程进行了分析 ,揭示了各参数之间的关系。然后 ,对高温堆氦气透平循环进行了优化计算 ,得到了一个优化设计方案。另外 ,还对高温堆氦气透平循环的功率控制特性进行了简要分析。本文的研究结果显示高温堆氦气透平循环效率可达 4 7 9% ,将来随着材料科学和相关技术的发展循环效率有望进一步提高。

基于偏最小二乘法铝液保温炉热工特性与回归分析

为了实现低能耗、低污染和高质量节能减排目标,以某厂50 t倾动式铝液保温炉为原型,结合铝液保温炉的运行特征,耦合用户自定义热负荷波动变化及铝液温度控制模型,建立并实现了铝液保温炉运行过程的解析模型,对铝液保温炉特性要因进行热工特性分析和基于偏最小二乘法多元回归分析。结果表明,铝液温度均匀性系数主要受氧化剂类型和熔池深度的影响。氧化剂为空气时,铝液温度均匀性系数较高;增加空气预热温度和提高天然气流速时,铝液温度均匀性系数在加热和保温阶段减小,而在静置阶段增加;随着空燃比的增加,铝液温度均匀性系数在加热和保温阶段增加,而在静置阶段减小;铝液温度均匀性系数随燃烧器倾角和熔池深度增加而增加。

基于二氧化钛热工特性的偏钛酸煅烧系统设计

以二氧化钛煅烧过程热工特性研究为依据，设计二氧化钛煅烧系统及其煅烧窑温度控制系统，并在生产中测试转窑内的温度梯度及煅烧带温度控制灵敏度。结果表明，在二次风、三次风的调节下，可实现距窑尾14m的范围内为干燥区域，温度低于500℃；在距窑尾14．5～25．5m区间为脱水、脱硫区，温度在500～750oC；在距窑尾25．5～38m的区间内为煅烧区，温度基本保持在800℃左右，只是在距窑头1m左右时，温度才有上升趋势，这时晶型已完全发生转化。煅烧窑温度控制系统参数控制方法的稳态、动态性能较好，可以实现系统无超调。

碳纳米管制冷剂流体在热虹吸管中的热工特性

为提高热虹吸管的传热效率,以低沸点制冷剂工质R410A为基准流体,通过添加不同比例的碳纳米管(CNTs)颗粒,经混合震荡,制备出不同质量分数的碳纳米管流体。将其用于热虹吸管强化传热,搭建了相应的试验平台,通过试验研究了不同质量分数的碳纳米管对热虹吸管传热性能以及管壁温度、管内压力等方面的影响。结果发现,碳纳米管颗粒的添加能够有效地改善热虹吸管的传热性能,等效对流传热系数平均提高40%以上,冷凝段顶端管壁温度升高9.9%以上,蒸发段与冷凝段管壁温差降低13.9%以上,冷凝段管内压力提高8%以上。建议在低温度工况下添加碳纳米管,且其质量分数不宜超过0.005%,以便获得较好的传热性能。

蜂窝陶瓷蓄热式热交换器热工特性分析

利用陶瓷球蓄热式热交换器内固体温度分布特征值的数学表达式,类推导出蜂窝陶瓷蓄热式热交换器的特性关系式,为蜂窝陶瓷蓄热式热交换器热工行为的进一步研究、优化设计方法的建立,及蜂窝蓄热式热交换器热工行为的评价提供了理论依据。

热风炉换热系统的热工特性

目前热风炉换热器的设计多借鉴工业炉用预热助燃空气的高温换热器,选型多按余热利用换热装置在设计及应用中形成的经验选型。其实热风炉用换热系统与余热利用换热系统在运行时存在较大区别。本文从热工理论出发,介绍了换热系统在热风炉中的重要地位。通过热风炉用换热系统与余热利用换热系统的对比,阐述了热风炉换热系统的热工特性,其中包括:入口烟气温度、出口空气温度、换热器的结构以及温度效率和换热效率的取值范围。在设计、生产时应注意到热风炉换热系统的这些热工特性,以使生产的热风炉能够达到热效率、温度效率及寿命的优化统一。

全氧燃烧玻璃熔窑热工特性的简化计算分析

应用改进的充分搅拌火焰空间传热综合模型,计算研究了全氧燃烧玻璃窑炉的热工特性.探讨了胸墙高度、火焰温度和窑墙热阻等对窑墙内表面及外表面温度、通过窑墙的散热量和火焰与窑墙辐射给玻璃液面净热量的影响.计算结果表明:在保持火焰和玻璃液面温度不变的条件下,随胸墙高度增大,通过窑墙的总散热量增大,但窑墙内、外表面温度和通过单位面积的散热量变化不明显,火焰与窑墙辐射给玻璃液面的净热量因窑墙与玻璃液面辐射传热角系数变小和火焰黑度的增大而增大,且增大幅度远大于总散热量的增大幅度;火焰温度对火焰与窑墙辐射给玻璃液面的净热量有重要影响,在1600℃左右时,火焰温度每升高10℃,净热量平均增大约10%;随窑墙热阻增大,通过窑墙的散热损失减少,火焰与窑墙辐射给玻璃液面的净热量增大,因而有利于窑炉节能,但窑墙内表面温度也相应升高.

片状管式换热器热工特性的实验研究

在实验室条件下,对片状管式换热器的热工特性进行了半工业性实验研究。以实验数据为基础,运用回归分析的方法,建立了换热器热工指标与操作参数之间的特性方程式。具体分析了空气流速、烟气流速和烟气温度等参数对换热器各热工指标的影响规律。为换热器的合理设计和操作指明了方向,提供了依据。

倒焰窑热工特性实验研究

通过对一座燃煤硅砖烧成倒焰窑历时 1 6d的热工过程参数和热平衡测定 ,剖析了倒焰窑的热工工艺、环境及能耗特性 ,并在此基础上探讨了这种设备的改进方向和预期效果。

预分解回转窑热工特性的研究

众所周知,窑外分解的主要特征,就是把大量的吸热的碳酸钙分解反应从窑内传热速率较低的区域移到窑外分解炉内进行。生料颗粒分散在无焰燃烧的燃烧器中,处于悬浮或沸腾状态,传热效率高,碳酸钙分解反应迅速完成,使入窑生料碳酸钙分解率达85～90％。回转窑内主要进行部分(10～15％)碳酸钙分解、固相反应、熟料的形成及冷却等,窑内热负荷大大减轻。以回转窑或回转窑加上冷却机作为分析单元,则其熟料形成的理论热耗与从20℃开始的理论热耗,发生了根本性的变化;