燃气轮机透平动叶横流带肋通道中气膜冷却研究进展

【目的】燃气轮机透平进口温度已经远超叶片材料的许用温度,发展更加高效的透平冷却技术,尤其是气膜冷却技术至关重要。在透平动叶中部区域的气膜冷却通常由横流带肋通道供应,因此对近年来横流带肋通道中气膜冷却研究进展进行了综述。【方法】介绍了不同冷气供应方式下气膜冷却性能的差异,归纳了肋片角度、肋片形式、气膜孔与肋片的相对位置、横流通道进口雷诺数对流动和气膜冷却性能的影响,总结了针对横流带肋冷气条件下气膜孔型设计的研究进展。【结果】横流带肋通道内部冷却结构和横流通道进口雷诺数对气膜冷却性能影响显著,横流进气改变了孔出口下游的冷却效率分布,同时孔进口处流动受气膜孔与肋片的相对位置及雷诺数变化的影响。展向非对称气膜孔型和对横流进气不敏感的气膜孔型可有效提升气膜冷却性能。【结论】为进一步推动横流带肋通道气膜冷却技术的发展,建议深入研究各影响因素与气膜冷却性能之间的关系,并对适用于横流带肋进气的专用气膜孔型进行优化设计。

超燃冲压发动机燃烧室三种冷却结构性能比较

面对超燃冲压发动机燃烧室严峻热环境,需要通过改进设计以提高气膜冷却性能。本文用数值方法分析比较了三种不同于传统气膜冷却的结构:(1)沿冷气通道增加气膜孔直径的改进型气膜冷却结构;(2)增加冷气冲击与对流换热的层板冷却结构;(3)增加多孔板的发散气膜组合冷却结构。通过机理实验数据验证数学模型和数值方法。利用经过验证的模型和方法,在真实的超燃冲压发动机燃烧室工况下,数值分析三种结构的冷却机理。在不同冷气注射量下,比较三种冷却结构热端冷却效率及温度分布的均匀性,结果表明组合冷却结构最高冷却效率高出其他结构的28%。此外,分析热障涂层对三种结构综合冷却特性的贡献,结果表明层板结构冷却效率在大冷气量下高出其他结构的16%。

空分装置循环水系统冷却塔选型对比分析

安阳化学工业集团有限责任公司新建空分循环水站(正常用水量4 500 m^(3)/h)在厂区原址上建设,需从初期投资、运行成本、占地面积等方面考虑循环水系统中冷却塔的选型。结合安阳地区工业水价和电价情况,在同等循环水处理量6 000 m^(3)/h条件下,从运行参数、系统能耗、投资、占地面积等方面对普通开式冷却塔、闭式冷却塔、消雾冷却塔进行对比分析。结果表明,就安化公司目前的情况而言,选用普通开式冷却塔更具优势。目前,已将空分循环水站建设普通开式逆流冷却塔列入新建300 kt/a合成氨项目整体工艺设计计划,预期可取得较好的经济效益。

四缸发动机冷却系统设计及发动机温度场分析

为评估某四缸发动机冷却系统设计的合理性,采用计算流体力学分析方法对该发动机冷却系统的布局设计、系统流量确定、冷却系统流场和发动机温度场开展了研究。针对缸体水套冷却液流速差异较大的问题,提出了在缸体水套添加节流缺口的优化方案。结果表明:各缸缸体水套冷却液流速均匀性明显改善,各缸套壁面温度可降低1~3℃。发动机转速12 000 r/min时,热平衡测试结果显示缸温最大差异约为4℃。机油温度约为129℃,温度可控(小于140℃),表明该四缸发动机冷却系统设计合理,可保证四缸发动机各缸冷却均匀及机油的冷却。

透平叶栅风影冷却研究进展

高效的冷却技术对保障燃气轮机透平和航空发动机涡轮长寿命、高可靠地运行具有关键作用。近年来,为了提高冷气的利用率,气膜冷却所带来的附加冷却效果—风影冷却,逐渐被研究人员重视。本文首先描述了风影冷却的形成机理,分析了其影响因素,并将迄今为止公开发表的风影冷却研究归类为:上游叶排冷气在下游叶片上形成的风影冷却、叶片冷气射流在端壁表面形成的风影冷却、叶片冷气射流在叶顶表面形成的风影冷却、端壁冷气出流在叶片表面形成的风影冷却以及燃烧室冷却出流在静叶表面形成的风影冷却,其中包含了虽未被明确命名为风影冷却但本质上属于风影冷却的研究成果。随后,对不同类型风影冷却的研究现状和现有不足进行了综述,指出未来研究需要进一步利用好风影冷却的优势,推动现有的被动风影冷却研究朝着风影冷却主动设计方向发展,以期进一步提升冷气的覆盖面积和解决叶栅复杂二次流导致的冷却“死区”问题;此外,发展风影冷却技术对精减冷却结构、降低叶片加工成本以及开展透平叶栅高效一体化冷却设计也具有十分重要的作用。

锂离子电池浸没式冷却的研究进展

浸没式冷却是极具潜力的热管理技术之一。罗列浸没式冷却的优势,描述浸没式冷却的工作机理,归纳目前常用的冷却工质,讲述冷却工质改性的作用。介绍浸没式冷却技术的研究进展,梳理调整流道结构与传热附件以增强冷却性能的研究。对浸没式冷却抑制热失控的机理进行初步探讨。将浸没式冷却技术未来的发展分为3个研究方向,分别为冷却工质改性、调整结构参数以强化系统的冷却性能、浸没式冷却抑制热失控机理的研究。

一种立管式间接蒸发冷却器的数值模拟与分析

立管式间接蒸发冷却器的传热强化更加方便,占地节省,但管内壁经常出现水膜分布不均等问题导致效率下降。采用三维全尺寸数值模拟研究方法,对带内沟槽的立管式间接蒸发冷却器的性能及其结构、运行等参数的作用机理进行了模拟分析,得到了较为合理的结构配置及其相对应的运行工况,发现当环境参数为29℃,湿度为45%,管径为25mm,相对管间距为2m,管长1m,一次风速2.5m/s,二次风速为13m/s,在此条件下换热效果明显。

计及电磁-传热影响的蒸发冷却风力发电机定子铁心穿管结构优化设计

采用自循环式蒸发冷却技术是提升大容量风力发电机组散热能力和可靠性的一种经济且有效的方式,然而在传统电机的分析设计和性能预测过程中,往往会忽略定子局部穿管结构的改变对电机电磁性能的影响,同时也会忽略这部分接触热阻在热传导过程中对电机冷却性能的影响。对此,该文首先基于风力发电机的运行特性和单元灵敏度方法分析了定子铁心穿管结构对电机电磁及冷却性能的影响,然后通过小倾角自循环管道换热实验以及接触热阻温升实验对空心圆铜管的换热能力以及接触热阻进行了分析和测试,最后建立了以电磁及传热性能为优化目标的铁心穿管结构优化策略,并以一台10 MW永磁直驱式风力发电机为研究对象,对定子铁心穿管结构开展了优化设计研究。通过优化方案的有限元分析验证说明,提出的优化策略可以准确且有效地满足电机电磁和冷却性能的设计要求,同时从电磁和散热两个维度来评估,所提出的优化策略同样适用于相同应用场景下的其他永磁同步电机。

低压喷雾冷却高温高速排气技术研究

为研究在高温高速排气中使用低压喷雾冷却的传热传质特征,本文采用理论推导的方法建立了适用于高速排气中喷雾冷却快速计算模型,包括基于热力学理论的喷水量零维计算模型、基于喷雾学的液滴粒径和液滴受力零维计算模型、基于拉格朗日法的单液滴蒸发运动轨迹二维模型。基于这些模型,先分析采用柴油机海水泵低压供水喷雾的粒径,阐释高速排气弥补海水泵供水压力低的不足,减小液滴粒径的原理;然后分析排气管道内液滴的沉降风险,从液滴受力的角度说明在竖直管道内进行低压喷雾冷却的优越性;最后研究并比价了水平管道和竖直管道内低压喷雾单个液滴的运动蒸发轨迹,直观展示出液滴蒸发与运动关系的生命历程。结果表明,在竖直管道内采用低压逆流喷雾是效果最佳的喷雾冷却方式。

高海拔特高压换流变压器冷却性能修正研究

川藏高原是我国的资源富矿,随着藏东南能源大开发,预计建设多个特高压直流工程,而特高压换流变压器是特高压输电工程中至关重要的设备,散热是保证其安全运行的关键。现有标准制定时工程未面临超高海拔特高压工程,为避免变压器的热设计裕量选择不当而影响设备安全稳定运行情况的发生,标准适用性可以继续深入论证。主要对强油循环风冷却器在不同海拔下冷却容量、换流变压器顶部油温升进行理论分析与仿真计算的对比验证。同时利用环境气候模拟实验室完成不同海拔高度下冷却容量的测试试验,通过对试验结果与理论计算的对比验证,给出了不同海拔条件下风冷却器冷却容量的修正建议,即海拔2000~5000m范围内,在2000m基础上,海拔每升高250 m温升限值降低0.75 K。这为高海拔环境下换流变压器的冷却系统设计和标准修订提供了参考依据,对用于高海拔环境下换流变压器的热设计和可靠性评估有一定指导意义。

面向数据中心的管式间接蒸发冷却装置制冷性能的实验研究

为研究间接蒸发冷却装置的性能及各参数的选择原则等,设计搭建了数据中心管式间接蒸发冷却系统,并通过实验研究了不同参数对系统间接蒸发冷却效率的影响。实验结果表明:一次风速与间接蒸发冷却效率总体成反比,当一次风速为2.2 m/s时,间接蒸发冷却效率为90.74%;随着二次风速增大,间接蒸发冷却效率先增大后减小,最佳的二次风速为3.1 m/s,间接蒸发冷却效率为80.03%;随着一次风入口温度升高,间接蒸发冷却效率同样先增大后减小,最佳一次风进口温度为29℃,间接蒸发冷却效率能够达到71.45%;间接蒸发冷却效率随着喷淋水流量增大而增大,最终稳定,为减少装置的总能耗,最佳的喷淋水流量为1.21 m^(3)/h,间接蒸发冷却效率可达83.51%。本文的研究结论可为相关间接蒸发冷却设备的设计与工艺优化提供一定的参考。

烧结矿预冷却技术及装备研究

为了对烧结矿的高品质余热进行充分回收利用,提升环冷机布料的均匀性和热量分布的合理性,进一步提高烧结矿显热回收效率,本文使用可实现烧结矿冷却和高品质余热回收的预冷却装置取代现有烧冷系统中的给料溜槽,并引入可提高换热效率和余热品位的气固逆流换热方式,形成烧结矿预冷却技术。同时,对预冷却装置进行结构设计,基于Fluent和EDEM仿真平台,对比分析两种不同结构方案装置内部的气流分布、料层阻力以及物料流动情况,并对装置的换热效果进行验证,从而获得最佳的预冷却装置结构方案和运行参数。烧结矿预冷却技术及装备在湘潭钢铁集团有限公司360 m^(2)烧结机1.5 a的实际运行经验表明,该技术可改善环冷机布料的平整度,将余热锅炉蒸汽产量由34 t/h提升至40 t/h左右,显著提高了烧结矿显热的回收效率。

某单缸发动机冷却系统数值模拟及优化

为研究某单缸发动机冷却系统的冷却性能及工作流量,采用CFD方法对该单缸发动机冷却系统开展流场分析及工作流量提升研究。实验结果表明:该发动机冷却系统原方案的工作流量为34 L/min,不满足当发动机转速8 000 r/min时工作流量43.75 L/min的设计要求。通过优化水套阻力和提升冷却水泵性能,冷却系统的工作流量提升至44 L/min,增幅为29.4%。研究结果可为该单缸发动机冷却系统的冷却性能评估及结构改进提供仿真数据支撑。

严寒干热地区集热冷却联用系统试验研究

该文结合新疆地区昼夜大温差气候特性,在乌鲁木齐市搭建一套小型太阳能集热——天空辐射冷却两用系统,通过对比PE防风膜层数和测试不同流速工况下的系统运行结果来探究两用装置的集热/冷却潜力。试验结果表明:系统在日间集热模式下的最大进出口温升为6.40℃,最大瞬时集热功率为721.88 W/m^(2);夜间冷却模式下最大进出口温降为0.94℃,出口温度相对环境温降可达1.43℃,最大瞬时冷却功率为50.89 W/m^(2),这为其在实际中的工业集热应用和本地区的温湿度独立控制空调系统高温冷冻水制备提供可能。

燃气轮机透平叶片旋流冷却技术研究综述

【目的】燃气轮机透平叶片在高温高压环境中工作,冷却技术的有效性直接影响其性能和寿命。对旋流冷却技术的研究现状进行综述,旨在总结和评估该技术在提高冷却效率和减少热应力方面的应用,系统性地分析旋流冷却技术的基本原理及其性能表现。【方法】重点分析了旋流冷却通道设计、旋流-气膜复合冷却以及旋转条件对传热效果的影响。【结果】旋流冷却技术显著提高了叶片冷却效率,减少了热应力集中现象。具体而言,合理设计旋流冷却通道可以实现冷却流体的均匀分布,增强冷却效果,延长叶片使用寿命。【结论】旋流冷却技术在燃气轮机透平叶片冷却中的应用具有广阔前景。未来的研究应继续深入探索旋流冷却技术的优化设计及其在不同工况下的性能表现。同时,结合先进的制造技术(如增材制造),可以进一步提升旋流冷却通道的设计复杂度和冷却效率,为燃气轮机的高效稳定运行提供可靠保障。

某大科学装置项目工艺冷却水系统设计

介绍了某在建大科学装置项目的工艺冷却水系统设计,包括服务对象、系统形式、系统组成、水温控制策略、流量控制策略等方面的内容。简述了热回收型水源热泵在工艺冷却水系统中的应用方案,并对工艺冷却水系统设计后续可开展的工作和研究提出了3个方向。

冷却流量对冷却器换热效果的影响

火电厂广泛采用冷却器对介质进行冷却降温,在使用过程中希望用最少的能量达到最好的效果。计算了冷却流量达到额定值后,继续增加冷却流量,热流体出口温度的变化情况,分析了冷却流量对冷却器换热效果的影响。

注塑模具随形冷却管道自动生成技术

作为一种新颖的水路结构,随形水路以其优越的冷却效果在模具工程中得到了越来越多的应用。然而由于随形水路的特殊性,其管道的创建过程并不容易。针对注塑模具随形水路传统设计方法中普遍存在的操作复杂耗时且易出错的问题,受莲藕内部导管结构的启发,结合实际模具工程中随形水路的设计要求,提出了一种随形水路自动生成算法。该算法的基本思路是首先沿模具型芯高度方向建立一系列基准面,作为切片层,通过对模具零件进行分层切片,获得每一个切片层上的型芯轮廓线。然后在每一个切片层上以指定管径按照逐点扫描的方法进行曲线干涉检查,筛选出样条曲线的控制点,并制定连线策略使用样条曲线依次连接各个切片层上的控制点,从而获得样条曲线。最后以样条曲线作为管道扫描中心线,扫描形成随形冷却管道实体。以NX为算法实现平台,开发了随形水路自动设计系统与NX无缝衔接,实例验证表明,该方法大幅度缩短了设计时间,减轻了设计人员的工作负担,提高了随形水路的设计效率和质量。

热湿气候下蒸发冷却式冷凝器系统的节能特性对比研究

为评估和提高蒸发冷却式冷凝器系统(MVC-EC)在热湿气候条件下的应用潜力,提出了一种结构优化的两级蒸发冷却式双冷凝器系统(MVC-TSEC),并基于详细的能耗分析模型进行了性能对比研究。首先,建立了各系统中所有组件的分布式参数模型,并进行了实验数据验证。其次,分析了室外空气温度和相对湿度及房间显冷负荷对2种系统COP和节能率的影响。最后,评估了2种系统在典型热湿城市的节能潜力。结果显示:相较于MVC-EC系统,MVC-TSEC系统在高温、中高湿度和高负荷工况下具有更好的节能优势,节能率约提高4.3%~10.9%,并且可提高制冷剂系统适应温度约0.8~1.9℃;在广州市和长沙市夏季6—8月,MVC-TSEC系统的节能率分别为12.7%和21.1%,高于MVC-EC系统(8.5%和14.9%)。

某大型石化项目海水冷却系统设计

通过国外某大型石化项目海水冷却系统设计,对海水直流冷却及海水循环冷却2种设计方案进行比较,从工艺流程、平面布置、构筑物设置、设备选型及投资估算等方面进行探讨,分析了设计中注意事项,以及设计中遇到的重难点问题,总结出相关思路及经验,以供类似项目参考。