方形通道内超临界压力二氧化碳传热恶化数值研究

基于二氧化碳代替碳氢燃料进行航空发动机热防护的应用,开展方形冷却通道内超临界二氧化碳传热恶化数值研究。探究沿通道轴向和周向的换热特征,通过温度、局部流量、流线的分布情况揭示传热恶化的原因,进一步通过边界层分析阐述传热恶化的演变过程。考察运行压力和壁面粗糙度对换热的影响机制。获得不同运行压力和壁面粗糙度下的传热恶化临界热流密度,建立临界热流密度预测准则。结果表明:通道顶部壁面附近高温类气态层、局部流量减小和流线畸变是传热恶化的特征,缓冲层出现湍动能剧减和流速峰值是传热恶化的原因。提高运行压力和增大壁面粗糙度有利于抑制传热恶化问题,所建准则(误差±15%)可实现对传热恶化临界热流密度的良好预测。

超临界压力汽轮机蒸汽激振问题分析及对策

本文深入研究了在超临界压力条件下蒸汽激振的发生原因和影响因素。研究首先建立了超临界压力汽轮机蒸汽激振的数学模型,分析了高温高压环境下蒸汽流动对系统动力学特性的影响。采用计算流体动力学(CFD)模拟了蒸汽在超临界压力条件下的流动行为,并通过振动分析揭示了激振现象产生的机理。在此基础上,提出了针对性的对策措施,包括优化管道设计、改进阀门控制策略等,以减少蒸汽激振对系统安全稳定运行的影响。本研究的结果为超临界压力汽轮机的设计和运行优化提供了理论支持和实际指导。

太阳能热发电中超临界压力CO_(2)在渐扩变截面圆管内冷却传热强化机理

采用SST k-ω湍流模型对冷却条件下超临界压力CO_(2)(S-CO_(2))在等截面圆管、水平渐扩管以及不同倾斜角的渐扩管内的传热特性进行数值模拟。模拟结果表明,在相同换热面积下,相比较于等截面圆管,水平渐扩管的总传热系数提高了32.33%,30°倾斜渐扩管提高了33.12%;水平渐扩管的压降降低了53.87%,30°渐扩管降低了9.86%。采用综合性能评价准则PEC,得到水平渐扩管的综合性能最优。基于S-CO_(2)在拟临界温度Tpc处发生“类相变”的假设,获得了类液膜厚度沿管长方向的分布规律,在同一截面处,30°渐扩管的类液膜厚度最小,等截面圆管的类液膜厚度最大,从超临界态类两相的角度解释了强化传热。

燃煤电厂超临界压力下垂直并联管组流量分配特性

为研究超临界压力下垂直并联管组流量分配等特性,建立了超临界压力下垂直并联管组水动力计算数学模型。对超临界压力下不同质量流速、不同长度垂直光管和垂直内螺纹管并联管组内压降、流量分布等进行计算,明确定管长下的并联管组临界质量流速及定质量流速下的临界管长。结果表明:在相同条件下,内螺纹管的正流量补偿特性弱于光管;定长垂直内螺纹管在临界质量流速(1600 kg/(m^(2)·s))以下保持良好的正流量补偿特性,超过该值其正流量补偿特性逐渐减弱直至消失并转化为负流量补偿特性;同等条件下,垂直内螺纹管在低质量流速下的正流量补偿特性优于高质量流速下的正流量补偿特性,并且低质量流速下所对应的临界管长要大于高质量流速下的临界管长。相关计算结果的确定为超临界压力下锅炉水冷壁的制造安装及安全运行提供理论依据和技术支撑。

600MW超临界压力W型火焰锅炉水冷壁换热特性分析

600 MW超临界压力W型火焰锅炉不仅具有大容量、高参数、低排放等优点,而且有利于强化劣质煤的着火和燃烧,但由于燃烧过度集中在燃烧器区域,经常导致严重的水冷壁爆管或应力撕裂事故。本文针对该问题,采用实验和理论分析相结合的方法对锅炉水冷壁的换热特性进行研究。结果表明,锅炉水冷壁的受热不均匀性是导致其爆管或应力撕裂事故的主要原因。燃烧器区段在不同负荷下的升温幅值接近50℃,导致水冷壁各区段吸热不均,产生较大的水冷壁管屏热应力。研究结果为大型锅炉设计和性能提升提供重要的参考。

超临界压力汽轮机叶片组合隔板加工工装及加工方法

超临界压力汽轮机叶片组合隔板加工工装,通过主轴旋转与瓦片涨缩运行的方式,在焊接时,能够有效调整叶片组合隔板的焊缝至较水平的位置,并能够有效装夹及固定叶片组合隔板。工装的结构主要包括减速机构、转动输入机构、转动输出机构以及瓦片涨缩机构。主轴支承并贯穿底座,主轴的减速机构位于底座的内腔;主轴的输出端通过减速组件连接主轴的输入端;主轴的转动输出端侧凸于底座的右端;还包括瓦片涨缩结构,由活动盘部分、固定盘、瓦片等组件组成。

超临界及超超临界压力汽轮发电机组单双轴布置的比较

与超临界及超超临界压力汽轮发电机组容量的大型化密切相关的是单轴与双轴的布置型式。综合分析比较汽轮发电机组单双轴布置在业绩、结构、技术难度及发展趋势等方面各自的特点。对不同容量范围的超临界及超超临界压力汽轮发电机组推荐了单轴布置或双轴布置方案。

超临界压力下煤油传热特性试验研究

得到了煤油在超临界压力下流过电加热圆管的传热试验结果．试验结果表明，在试验段壁温升高到拟临界温度后有传热强化现象发生，在极高热负荷下不但没有发生传热恶化，而且会发生第二次传热强化．煤油中加入添加剂能提高烧损热负荷．给出了煤油在超临界压力下的传热关联式。

超临界压力水在垂直上升内螺纹管中的传热特性

在压力22.5～30MPa,质量流速430～1200 kg·m-2·s-1,内壁热负荷284～719kW·m-2范围内,对超临界压力水在均匀加热垂直上升内螺纹管内的传热特性进行了实验研究,得到了内螺纹管内超临界压力水的传热特性,分析了压力、热负荷和质量流速变化对内螺纹管壁温及传热系数的影响,探讨了拟临界区的传热机理,并给出了能用于工程实际的传热实验关联式。实验结果表明:垂直上升内螺纹管中超临界水具有良好的传热特性。在低焓值区内螺纹管壁温随焓增平缓增加,而在高焓值区壁温随焓增的升高明显。由于热物性的剧烈变化,超临界水在拟临界焓值区发生了明显的传热强化。压力与热负荷的增大以及质量流速的减小均会导致内螺纹管壁温的升高和传热系数的减小,使得传热强化现象削弱,甚至出现传热恶化。

超临界压力机组的发展动态

随着化石燃料价格的不断上涨,常规火电站以提高参数、增大容量以及中间再热来提高热效率。这一趋势导致工业先进国家首先向超临界压力机组迈进。 发展超临界机组的首先技术难点在于锅炉。为能制造出超临界压力蒸汽,1923年德国西门子公司率先利用马克.本生的专利建立了第一台超临界压力直流锅炉试验台。之后。

高热流条件下超临界压力煤油流过小直径管的传热特性

探讨了超临界压力下煤油流过内径为 1.70mm的不锈钢管的传热特性 .实验在压力为 5、 15MPa ,质量流率为 85 0 0～ 5 10 0 0kg·m-2 ·s-1和热负荷高达 5 5 .0MW·m-2 的参数范围内进行 .结果表明 :在内壁温达到拟临界温度时有拟沸腾现象发生 ;进一步提高热负荷会发生传热恶化 ,加入添加剂能提高临界热负荷 ;在极高热负荷下还会发生第 2次传热强化 ,限制了传热恶化的壁温飞升 .给出了煤油的强制对流传热关联式 ,计算值和实验值吻合良好 .

超临界压力下CO_2在螺旋管内的混合对流换热

在恒热流条件下,对超临界压力CO2在内径为9 mm,绕径为283 mm,节距为32 mm的螺旋管内垂直上升混合对流的传热特性进行了实验研究,实验参数范围为：进口压力8 MPa、质量流速0～650 kg·m-2·s-1、内壁热负荷0～50 kW·m-2。研究发现：受热螺旋管内超临界压力CO2的壁温及传热特性由变物性、浮升力及离心力的耦合作用共同支配,变物性及浮升力影响的相对大小可用Buoyancy数定性表征,当Bo〉8×10-7时,自然对流占主导作用,浮升力作用引起强烈的二次流效应,显著强化传热;在浮升力和离心力共同作用下,截面周向温度最低点出现在外下侧区域,且当浮升力作用占优时,底部区域的传热系数大于外侧,当离心力作用占优时,底部区域的传热系数小于外侧。基于本实验获取的2346个数据点,得出了计算Nu实验关联式,90%以上的实验值与拟合公式计算值偏差在±20%以内。

超临界压力汽轮机蒸汽激振问题分析及对策

介绍机组蒸汽激振的机理和特征、国外超临界压力机组高压转子低频振动和近年来国内若干大型机组高压转子汽流激振引起的低频振动的分析和现场处理情况,归纳总结引起该类振动的主要因素和我国在发展超临界压力机组中应采取的对策。

竖直圆管中超临界压力CO2在低Re数下对流换热研究

本文对超临界压力CO_2自下而上流过内径为2mm的加热圆管,在低进口Re(Re_(in)≈1700)条件下的对流换热进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较。结果表明,在进口雷诺数较低(Re_(in)≈1700)而热流密度较高时,由于密度变化导致浮升力对流动产生扰动,流动从层流提前转变为湍流,换热大大增强并导致壁面温度的异常分布。使用LB湍流模型可以较好地模拟此时流动从层流向湍流的过渡现象,而采用层流与湍流相结合的分区计算方法的结果与实验测量值吻合得更好。由于浮升力的影响,径向速度呈M型分布,速度最大值在靠近壁面某处;当热流密度很大时,在管子中心区会出现回流。

超临界压力下竖直圆管内正癸烷对流换热不稳定性实验

以超临界压力正癸烷为工质,在内径2mm的竖直圆管内进行了不同工况条件下的流动与换热不稳定性实验研究。实验发现两种原理的不稳定性现象。转捩型是由于流动状态由层流向湍流转变引起,多为随机的小幅震荡,约在Re=5000左右出现;物性型由准临界温度附近剧烈变化物性所致,具有较大振幅和固定周期,约8~15s。增强系统稳定性的方法主要包括提高进口流体温度、升高压力或者采用向下流动方式。实验还发现在振荡区间内存在稳定区间现象。

超临界压力下湍流区碳氢燃料传热研究

碳氢燃料的传热特性对于再生冷却超燃发动机的传热设计至关重要。采用电热管开展了正十烷的传热特性实验,燃料压力约4.0MPa。利用一维流动的质量和能量守恒关系,对管道内燃料的传热进行了分析。采用多元线性回归的方法获得了正十烷在湍流区的传热关联式,通过外壁温的计算与测量的对比,验证了实验获得的湍流传热关联式的适用性。

超临界压力下水在垂直加热管内传热特性的实验研究

采用均匀全周电加热方法,对内径为12 mm的垂直上升管内水在超临界压力区中的传热特性进行了实验研究.分析了质量流速、热流密度以及压力对传热特性的影响,发现由于超临界压力下边界层内流体物性的剧烈变化,使拟临界温度附近的传热得到显著强化,传热强化的程度随质量流速的增加而提高,随壁面热流密度和压力的增大而降低.根据实验数据,给出了超临界压力下水在垂直加热管内对流换热的经验关联式,其平均相对误差为11 8%.

超临界压力下低温甲烷的湍流传热数值研究

通过系统的数值模拟计算,在准确确定甲烷的热力学和传输物性变化的情况下,详细分析了两种热流密度下超临界压力对低温甲烷的湍流传热过程的影响,揭示了对流换热Nusselt数的变化规律。计算结果表明:在超临界压力下,热力学和传输物性对湍流传热现象会造成很大的影响,尤其在甲烷的临界区域附近,由于物性的剧烈变化会导致传热过程的恶化现象;在高热流密度情况下(如7MW/m2),增大管内压力有利于提高对流换热强度;现有的常用变物性湍流传热公式不能适用于超临界压力下低温甲烷的对流换热计算。

超临界压力下乳化煤油传热性能数值研究

为了减少煤油在冷却时的结焦析碳,研究乳化煤油在超临界压力工况下传热特性随热负荷变化的规律以及析碳的影响。在对比煤油工质的计算与试验数据的基础上,改进并验证了模型的可用性,得到各相、各参数的全场分布及壁温随热负荷变化规律;在相同工况和热负荷下,乳化油比煤油更能起到降低壁温、减少析碳的作用;含水量越大乳化煤油降低壁温效果越好,但不能进一步减少析碳量。

近临界及超临界压力区垂直光管和内螺纹管传热特性的试验研究

阐述了垂直上升布置的内螺纹管和光管在近临界及超临界压力区的传热特性的试验结果。在近临界压力区 ,随着压力向临界压力靠近 ,光管的传热特性变差 ,传热恶化的临界干度下降得很厉害 ,甚至在过冷区就会发生壁温飞升 ;内螺纹管在近临界压力区可以消除传热恶化 ,但是随着靠近临界压力其抑制传热恶化的能力下降。传热恶化后的光管和内螺纹管的最小传热系数分别在压力为 2 1 0MPa和 2 2 0MPa。超过临界压力后 ,光管和内螺纹管的传热特性得到改善 。