预充电阻高压短路散热特性数值模拟与实验研究

预充电阻工作时电阻丝常发生过热问题,这会导致设备的运行寿命减短,甚至出现电阻丝熔断及电阻器起火的问题。为了解决该问题,通过数值仿真及实验研究的方法对开发的铝壳预充电阻器进行了短路研究,结果表明:电压对电阻器的短路耐久能力影响远大于环境温度的影响,但是在最恶劣的环境(电压850 V,环境温度85℃)下,预充电阻器的最大短路耐久能力仍然超过5 s,陶瓷电阻芯的蓄热量超过14 000 J,这表明所开发的预充电阻器可靠性很高,可以满足正常的预充需求及短路过电压要求。本文研究结论可为科研人员电阻器的设计提供思路。

Maisotsenko燃气轮机循环技术经济分析与参数优化

Maisotsenko燃气轮机循环(MGTC)的能效需进一步提升且其经济适用性未被合理评估,为此,区别于具备后冷及回热过程的两级MGTC,充分考虑对于冷却水的重复使用和能量回收,构建另耦合有中冷过程的3级MGTC系统(IMGTC)布局。研究压比(R_c)、饱和器出口气流湿化程度(H_(ASD))以及燃烧室出口温度(T_(CO))对于热效率、饱和器载水量、当量二氧化碳排放(E_(EC))和平准化电力成本(C_(LOE))的影响。最后,基于ISIGHT平台对系统展开多目标优化并筛选出最佳参数组合。结果表明,IMGTC的中冷器及其能效增进能够调节并有效减少饱和器载水量,可实现IMGTC系统饱和器最低载水量仅为无中冷模式下饱和器载水量的57.55%。多目标优化表明,IMGTC在采用最佳参数组合时热效率达49.89%,E_(EC)和C_(LOE)分别仅为5.496 kg/s和0.059 5 USD/kWh。研究证实了IMGTC相比MGTC在热力学性能及经济性方面的显著优势。

往复式涡环生成装置性能的多目标优化

为了将涡环更好地应用到送风等流体输送领域,需要提高涡环生成频率以获得更高的流体输送效率。本文设计一种能够提高涡环生成频率的往复式涡环生成装置,该装置在一个活塞运动周期中可以生成两个涡环,有效地利用了活塞往复运动过程中的推力。针对涡环远距离输送的特点,设计并进行实验;基于响应曲面法与NSGA-II算法对往复式涡环生成装置性能进行多目标优化,使其能够将涡环输送更远距离。结果表明:涡环1与涡环2的输送距离难以同时达到最大值,涡环平均输送距离最大为295 cm,相比优化前增加了2.25%;单个涡环输送距离最大为377 cm,相比优化前增加了6.2%。

基于柔性套管悬臂梁式压电能量采集器的实验研究

为了提高压电能量采集器的使用寿命,保证内部发电部件的稳定运行,提出了一种柔性套管悬臂梁式压电能量采集器收集能量的盾形截面的钝体,通过实验研究该结构的输出性能。分析了外接负载、风速、钝体质量对能量采集器的输出功率的影响。结果表明:能量采集器的输出功率随着负载阻值的增大呈现先增大后减小的趋势,存在最佳负载使得能量采集器的输出功率达到最大;同时输出功率会随流速的增大而增大,符合驰振现象;在实验所考虑的质量范围内,最大输出功率随着质量的增大而减小。实验中,能量采集器在钝体质量为70 g,最佳负载为10^(5)Ω,流速为8.0 m/s时达到最大输出功率5.22 mW。

涡环输送特性的实验与仿真分析

为探究结构变化对涡环输送的作用,设计一种基于空气驱动活塞运动模式的空气涡环发生器,采用实验方法研究了涡环发生器的长径比、环径比及活塞停顿时间对涡环输送特性的影响,通过数值仿真对涡环输送过程的速度场和压力场进行分析。结果表明:长径比与环径比对涡环输送特性影响较大,活塞停顿时间的影响较小,其中涡环输送的最远距离为277 cm;长径比过大会造成较大沿程损失,环径比过大会造成较大局部损失,阻碍涡环的生成和输送,而涡环具有在较小能量耗散的同时远距离输送的特性。

环境风影响下直接空冷单元背压预测研究

通过加载冷空气与翅片管换热器内汽轮机排汽凝结换热程序,提出了一种直接空冷单元运行背压的预测方法,并用该方法模拟了环境风影响下空冷单元的运行性能,得到了不同风速和风温下空冷单元的运行背压.计算结果表明:空冷单元风机风量随着环境风速的上升而下降,当环境风速由0m/s上升至12m/s时,风机风量由476.9m3/s下降至328.6m3/s,下降幅度达到20.5%,计算换热量由15.86MW下降至12.45MW,相应的运行背压由21.5kPa上升至62.5kPa;环境风温的变化将改变换热的冷端进口温度,当环境风温由290K上升至306K时,换热量由16.36MW下降至15.43MW,相应的空冷单元运行背压由12kPa上升至25kPa.所提方法为空冷电厂空冷凝汽器运行背压的预测提供了理论基础,对直接空冷电厂的设计具有指导意义.

环境风对空冷单元运行性能影响的数值研究

通过加载汽轮机排汽在翅片管换热器中的凝结程序来模拟空气和蒸汽的换热过程,并利用FLUENT风机边界条件和多孔介质模型对空冷单元的空气动力特性进行建模,研究了环境风速对空冷单元风机风量的影响,分析了翅片管换热器换热量随环境风速及风温的变化规律,对比了加装挡风墙前后空冷单元运行性能的变化。计算结果表明:随着环境风速的增大,风机进口处不断扩大的负压区导致风机风量及换热器换热量的下降;环境风温的变化改变了换热器冷端的进口温度,使换热器换热量发生变化。挡风墙削弱了空冷单元热风回流率,但同时降低了风机的风量,两方面的相互作用最终使换热器的换热量几乎没有变化。环境风对空冷单元运行性能的影响规律为进一步研究空冷凝汽器的运行性能提供了理论依据。

环境风速对空冷凝汽器运行性能的影响

通过建立2×600 MW直接空冷电厂的数值模型,采用Fluent软件计算得到了环境风速影响下空冷凝汽器风机的运行规律,并通过加载翅片管换热器内部汽轮机排汽的凝结程序,分析了环境风速对空冷凝汽器换热量的影响机理.计算结果表明:在环境风速的扰动作用下,环境风速由0 m/s上升至12 m/s时空冷凝汽器周围的流场变化使凝汽器总容积效率下降了15.9%,迎风面风机的容积效率下降幅度更是高达43.6%,而空冷凝汽器的换热量也相应地从1 695.2 MW下降至1 418.6 MW.通过分析获得了环境风速对空冷凝汽器运行性能的影响机理,可为空冷电厂运行背压的预测提供参考.

空冷凝汽器翅片管换热器阻力特性数值研究

水资源的匮乏使节水性能显著的直接空冷式发电厂在缺水富煤地区得到了迅速推广。翅片管换热器作为空冷凝汽器的基本组成单元,其流动特性是决定空冷凝汽器运行性能的关键因素。应用计算流体力学(CFD)方法,对不同迎面风速下单排及双排翅片管换热器的阻力特性进行了数值模拟。计算结果表明:对于2种不同形式的翅片管换热器,空气侧流动阻力皆随着迎面风速的增加而升高;双排管的流动阻力略大于单排管,且随着迎面风速的增加,双排管管束相对于单排管管束的压力损失增幅呈上升趋势。通过比较不同数量网格模型的数值模拟结果,验证了网格无关性,证明了模拟结果可靠。研究结果对提高空冷凝汽器乃至空冷电厂的运行经济性都具有重要的参考价值。

基于蒸汽再压缩技术的低温干燥系统设计与节能分析

为了解决干燥行业热效率低下的问题,本文将机械蒸汽再压缩技术引入热敏性物料的低温干燥领域,设计了一种新型低能耗低温干燥系统,并采用夹点分析技术对新型低温干燥系统的热力性能进行了优化。计算结果表明,所设计的新型低温干燥系统能耗为19.57 kW,与相同条件下的常规低温干燥系统相比,新型干燥系统的能耗仅为常规低温回热干燥系统的7.7%。同时,系统能耗随着蒸发温度与压缩机压比的降低而不断下降。所做工作为低温干燥系统的性能分析及优化提供了参考。

维生素低温蒸发结晶单元的自回热设计及分析

针对传统维生素生产过程中的蒸发结晶单元耗能高、排放量大的特点,提出了一种基于自回热原理(self-heat recuperation technology,SHRT)的改进设计。利用能量分析和?分析的方法对系统进行分析。并研究了最小传热温差的特性,以及压缩机的绝热效率和闪蒸进口过热度对系统能耗的影响。结果表明,利用自回热思想改进的蒸发结晶单元比传统过程所需的输入能减少了73.0%,输入?减少了68.3%。在文中的条件下,潜热比显热有更大的利用空间,利用的潜热占总循环热量的93.5%。同时,最小传热温差的增大虽然会使需要的换热器的面积减小,但也会导致更大的能量输入。系统的能耗随着过热度的增大而增大,随着绝热效率的增大而减小。

高低板式换热器板片的换热特性分析及优化

为了强化船用板式换热器换热,对曲折形波纹板式换热器进行优化设计。采用数值模拟的方法,研究了曲折形波纹板不同波纹倾角、波纹高度下的流动换热特性。研究结果表明:曲折形波纹板内部流体的Nu数和阻力特性随着波纹倾角β的增大而增加,随着波纹高度a的增加而减小。通过优化得到的波纹板波纹角度为β=40°,纵向波高比a为0.4,与原曲折波纹板相比,同一流速下,新板片的换热性能提高了15.4%,阻力系数升高了16.2%,综合性能参数与原板片相比提高了22.3%。研究结果对船用换热设备的设计及优化奠定了理论基础。

自回热甲醇精馏系统的设计与㶲分析

为全面反映自回热甲醇精馏系统的用能情况及其相对传统系统的用能合理性,以热力学第二定律的分析为基础,用工艺用能三环节的评价方法对两系统进行了用能宏观分析,结果表明自回热系统净供入能比传统系统降低了86.43%,节能效果显著。另外,改进系统的有效转换率与循环利用率分别为93.18%和61.42%,远大于传统系统的63.66%以及1.38%;并且改进系统的净损比传统系统降低56.69%。同时,对自回热系统进行最小传热温差ΔTmin特性研究发现ΔTmin选取在8-11℃为宜。

基于方管平板光伏光热系统的电热耦合性能对比研究

为了探究方管平板PV/T系统的电热综合性能,基于PV/T系统的能量转换过程,建立PV/T组件电热耦合系统的数学模型,构建了设计工况下PV/T系统的性能评估方法,分析关键参数对PV/T系统性能的影响规律,并对比不同结构下PV/T系统的变工况特性。结果表明:在设计工况下,单方管及多方管结构的PV/T系统电效率在15%左右,总效率在78%以上;随着太阳辐照强度的增大,2种系统下光伏板温度和流体出口温度均会升高,系统总效率也会提高;可以通过提高进口体积流量或者降低进口温度来提高电效率及总效率,在相同运行工况下,单方管平板PV/T系统的总效率低于多方管平板PV/T系统3.1%,且多方管平板PV/T系统的光伏板温度比单方管平板PV/T系统低9.72 K,可见多方管平板PV/T系统的综合性能更优。

基于自回热理论的甲醇精馏系统设计及能耗分析

为解决甲醇精馏系统能耗过大的问题,应用自回热理论设计了一种新的甲醇-水精馏系统,并对传统系统及新系统进行了能耗分析对比。结果表明:自回热系统的净能耗比传统系统降低了86.43%,标煤年耗量降低75.18%。同时,对回流比R特性的分析表明:R越小,两系统净能耗及标煤耗量越小;随着R增大,新系统节能效果越明显。此结果可为系统进一步优化及其经济性的研究提供依据。

基于机械蒸汽再压缩的蒸发结晶单元改进设计

为了解决常规蒸发过程能耗高的问题,采用机械蒸汽再压缩(MVR)技术设计了一种维生素的蒸发浓缩、结晶方案。从能量和成本的角度分析了常规过程与MVR过程。相较于常规过程,MVR过程所需的热功率减少了90.1%,折合成标煤减少了72.5%。从成本的角度来看,MVR过程在年运行7200 h的条件下,年度化投资偿还成本减少了54.8%。定义了单位产出在蒸发结晶单元的投入成本,并研究了在不同运行时间下的变化。单位产出在蒸发结晶单元的投入成本随运行时间的增大而减小。在相同运行时间下,MVR系统的单位产出在蒸发结晶单元的投入成本要小于常规过程。

基于IEC技术的蒸发式布雷顿循环热力学性能研究

传统的蒸发式透平循环由于结构复杂使得成本高昂,难以商业化运行,因而开发集成度更高的加湿设备尤为必要。本文运用间接蒸发冷却(IEC)技术集成加湿、后冷、回热等过程于一体,研究了不同类型的饱和器,并发展出相应的数学模型。首次从布雷顿循环与朗肯循环协同运行的新角度,对运用不同饱和器的动力循环关键参数进行了敏感性分析。研究结果表明:预冷饱和器载水量优于回热饱和器,而双重饱和器结合了两者的特点,对于余热利用实现了最大化。协同循环模型也指出朗肯分循环的效率远高于布雷顿分循环。本文验证了带有预冷回热双重饱和器的动力循环在高效运行、高载水量、高输出功方面的优势和潜在应用前景。

孔板结构对梅花形孔板换热器壳程传热影响的模拟研究

采用ANSYS CFX对梅花形孔板换热器壳程的流动和传热进行了数值模拟研究,通过分析壳程流场揭示了孔板换热器壳程强化换热机理,得到了3种不同开孔率的孔板换热器壳程平均努塞尔数Nu以及压降Δp随雷诺数变化的规律。结果表明:由于孔板处流道面积较小,流体产生射流效应并伴有二次流现象,在破坏流动边界层的同时增强了流体扰动,强化了换热;3种换热器的Nu和Δp都随雷诺数的增加而增大,开孔率越低换热器的换热性能越好,但壳程压降也越大;开孔率0.215的换热器综合性能参数(Nu/Δp)比开孔率0.173和0.130的换热器平均高28.8%和50.14%。

横流对振荡射流冲击冷却特性影响的数值研究

为了分析横流条件下振荡射流冲击靶面的换热特性,采用数值计算方法研究了横向排列和纵向排列方式下振荡射流冲击靶面的冷却性能,并对纵向排列下的射流振荡器进行了排布角度修正。结果表明:横流对冲击换热的作用主要受到两方面影响,即冲击点附近的马蹄涡和冲击点向后偏移程度;对于靶面上的冲击核心区,总体上纵向排列的高换热区域后移程度小于横向排列,而前者对流换热效果受马蹄涡的影响更大;在纵向排列、入口雷诺数为21800、横流雷诺数为14400的工况下,20°的排布角度下冲击核心区的平均努塞尔数增大21%。

输送LNG的真空保温管道的换热研究

真空保温技术广泛应用于LNG的储藏和运输领域,利用真空层进行隔热是一种有效的保温手段。模拟研究了带有聚四氟乙烯支撑环的三维输送管道的散热过程,讨论了真空层压力、环境温度、对流换热系数对散热性能的影响规律,并与热阻分析结果进行了对比验证。结果表明:随着真空层压力从0.001 kPa升至5.33 kPa,换热量从83.82 W升至124.72 W,0.001 kPa到2 kPa段的换热量升高的最快。随着外界温度从268.15 K升至298.15 K,换热量从97.54 W升至120.56 W,并且呈线性增长趋势。随着外界对流换热系数从5 W/(m^2·K)增至25 W/(m^2·K),换热量从112.1 W增至127.8 W。管间区域的空气在上方形成一个温度为290 K左右的高温区,下方形成一个温度为80 K左右的低温区,两区域之间形成环流,环流中部的空气流动速率最快为0.26 m/s。