新型工业微反应器的开发研究

针对目前工业领域的微反应器存在处理能力小、设备耐压耐温能力有限、紧凑度低和流速低等缺陷,开发了一种应用于特定领域的新型工业微反应器,“蚀刻+扩散焊”工艺使其具有极好的耐压耐温性能,制造工艺使设备高度紧凑且内部通道灵活多变,在特定的化工工艺中具有巨大的优越性。针对新型工业微反应器的开发提出了拱形混合结构(AFMS),矩形混合结构(RFMS)和碰撞流混合结构(CFMS)3种混合结构,采用数值模拟方法研究其混合性能。结果表明,混合效果随着雷诺数的增加而增加,在湍流条件下可以获得理想的混合效果;与AFMS相比,RFMS和CFMS在一定程度上可以促进混合过程,但会带来较大的压力损失,混合指数与压降比进一步验证了AFMS是最佳结构;当100<Re<1000时,AFMS的混合指数在出口处为0.2~0.6,将AFMS后的直通道改为Zig-zag通道,混合指数可以达到0.94,Zig-zag通道显著改善了混合效果,而无明显的压力损失。研究结果为新型微反应器原型的结构设计提供重要参考。

印刷电路板式换热器传热与流动研究进展

印刷电路板式换热器是适用于高温高压等苛刻条件的高效紧凑式换热器,在新一代核电、光热发电、氢能领域呈现出潜在应用前景。本文综述了国内外印刷电路板式换热器传热与流动数值模拟研究、试验研究,列出并对比了相关研究中得到的传热与流动准则方程。指出了目前印刷电路板式换热器数值模拟局限于设定恒定边界条件,单层通道传热与流动的试验局限于低雷诺数范围,样机传热与流动试验局限于单相工质。展望了印刷电路板式换热器传热与流动进一步研究方向。

基于马尔科夫模型的“二取二”结构误跳车分析

目前针对安全联锁系统误跳车的研究较少,平均无安全故障工作时间MTTFs作为表征联锁系统误跳车的重要指标,其计算方法及影响因素的分析已成为安全联锁系统评估的瓶颈。提出了改进的马尔科夫模型,在此模型基础上研究了典型的"二取二"结构的MTTFs计算方法,并分析了危险失效,在线修复,共因失效对MTTFs的影响。研究表明对于"二取二"结构,危险失效的存在一定程度上降低了系统的误跳车,而延长在线修复周期或增加共因失效则会增加误跳车。

07MnNiMoDR钢制2500m^3低温球罐建造监理

07MnNiMoDR钢属于低温调质高强钢,具有较小的冷裂纹敏感性,对焊接热输入较敏感,用该钢建造低温球罐对球壳板压型、球罐组装及焊接技术水平要求较高。笔者按国家标准规范、图样、技术条件、监理大纲、监理细则及先进的技术理念,对4台低温球罐采用该钢建造全过程进行监理,收得了良好的效果。本文结合笔者对监理工作的认知,对低温球罐建造中的一些关键技术进行分析、总结,为国内类似球罐建造及监理工作提供借鉴。

海水-混合冷剂换热器热力设计研究

混合冷剂与海水-混合冷剂换热器现场测量数据表明,混合冷剂在壳程冷凝过程包含入口至相分离点的整体冷凝、部分冷凝、出口处的直接接触冷却。以Aspen Hysys软件建立海水混合冷剂换热器冷凝过程的物理模型,确定整体冷凝与部分冷凝分界点温度。采用Bell-Ghaly法进行混合冷剂冷凝膜传热系数计算,将计算结果与原设计进行对比,有效传热面积和有效长度偏差为0.16%,验证了物理模型和计算方法的有效性,为海水混合冷剂换热器热力设计提供借鉴。

考虑部件相互作用影响的薄膜联锁阀可靠性模型研究

针对联锁阀在使用中发生的拒动作、误动作、外漏、动作缓慢等失效模式,首先提出了基于FMEA和Markov过程的系统可靠性建模方法和分析步骤;其次考虑部件相互作用对系统可靠性影响,建立了薄膜/弹簧、阀杆/填料相互作用的联锁阀可靠性模型;通过与联锁阀失效模式所对应的失效数据进行比对分析.提出了部件之间相互作用因子用于联锁阀可靠性分析,并分析了相互作用因子组对联锁阀及联锁阀各部件可靠性的影响,为联锁阀的可靠性定量评估提供了新的思路。

制冷用板式换热器标准修订介绍

JB8701制冷用板式换热器是世界上第一个系统规定不可拆板式换热器(包括钎焊板式换热器、半焊板式换热器和全焊板式换热器)设计、制造、检验与验收要求的技术标准。标准对我国的紧凑式换热器产品走出国门起到积极的推动作用。本次修订从板式换热器国际先进技术状况出发,对板式换热器的适用范围进行了调整;结合ISO5148、UL207等制冷系统受压元件安全规范标准,基于强度试验和疲劳试验相结合的验证性试验方法,对钎焊板式换热器的设计提出了明确的要求;分析了钎焊板式换热器主要焊接的型式与特点,采用了ASMEⅨ中钎焊工艺评定的有关内容,首次提出钎焊板式换热器钎焊工艺评定的技术要求;深入研究了板式换热器的泄漏试验,结合EC842的有关规定,对比了不同制冷剂在标准规定工况下的泄漏指标。增加了作为冷凝器的板式换热器的性能测试方法,并增加了热泵机组下冷凝器和蒸发器的测试工况。和JB8701-1998相比,标准的完整性和系统性有了进一步的提高。

高压容器封头螺柱预紧过程中的弹性相关性

通过对封头法兰结构特征及预紧过程的高度抽象,提出了弹性相关性系数的矩阵模型,并用试验测试数据求得系数矩阵.在同一封头螺柱多次预紧或同类封头螺柱的预紧过程中,该系数矩阵能用于分析预紧过程中螺柱之间的相互影响,预测螺柱预紧力的变化及探索所有螺柱具有相同的最终预紧应力的预紧方式.试验研究和数据分析结果表明:在实际预紧操作中,该模型可用弹性相关性系数矩阵模型预测螺柱预紧力,并确定满足预紧条件的初始预紧载荷.

新型扩散焊紧凑式换热器

相比高通量管壳式换热器、板(翅)式换热器,扩散焊紧凑式换热器是新一代高效换热器,其在高温高压等苛刻条件下表现出良好的综合性能,是实现节能和安全和谐统一的标志性换热器。从换热器的特点、分类、材料、力学性能、传热与流动设计、机械设计和应用等方面,系统地介绍了国外扩散焊紧凑式换热器最新研究成果。扩散焊接头的高温蠕变试验表明,其总塑性应变明显高于供货态母材和普通焊接接头;扩散焊接头具有良好的延展性和耐高温性能。基于氦气-水和氦气-氦气的试验系统,研究得出了不同流动通道参数下的传热因子和阻力因子的准则方程。还介绍了基于ASME Code对扩散焊紧凑式换热器简化结构的机械设计方法。目前,扩散焊紧凑式换热器广泛应用于海洋平台油气处理、天然气浮式气化装置、浮式天然气液化装置等海洋工程领域,并且在新一代核反应堆换热技术中呈现出潜在的应用前景。

绕管式换热器壳侧液体降膜流传热特性分析

为研究绕管式换热器壳侧传热特性,建立了以丙烷为模拟工质的三维液体降膜流传热模型,进行了不同流动工况下液体降膜流的传热数值模拟,分析了雷诺数、液相入口温度、换热管壁温、壳侧工作压力对绕管式换热器传热性能的影响。结果表明,流动工况对绕管式换热器的传热性能有显著影响;对于液体降膜流,传热膜系数随着雷诺数增大而增大,同时相同雷诺数时,随着换热管管层下降传热膜系数逐减减小;当液相入口温度升高时,传热膜系数增大,液相入口温度升高0.2 K时,平均传热膜系数升高约15%;当管壁温度与饱和温度间的温差较小时,升高管壁温度传热膜系数有明显增加,当管壁温度与饱和温度温差较大时,传热膜系数变化不显著。对于丙烷,工作压力增大时,液体降膜流的传热膜系数减小,当工作压力从0.2 MPa增大到0.3 MPa时,传热膜系数降低10%~15%,当工作压力从0.3 MPa增大到0.4 MPa时,传热膜系数降低约5%。所得结果可为绕管式换热器工艺设计提供参考。

印刷电路板式换热器Zigzag通道流动与传热数值模拟

印刷电路板式换热器以其高效、紧凑、耐高温、耐高压等特点,在核能、太阳能、液化天然气等清洁能源领域具有广阔的发展潜力。本文通过建立三维传热数值模型,研究了印刷电路板式换热器Zigzag通道内部冷、热流体的流动与传热基本规律,并与试验结果进行对比,验证了模型的准确性;分析了Zigzag通道角度对流体流速、温度分布的影响规律,并以(Nu/Nu0)/(f/f0)作为评价指标,对通道角度与流动条件进行耦合优化。研究表明:当Re≥250时,15°、25°的Zigzag通道综合性能优越,且15°的Zigzag通道性能最佳;而30°、45°的Zigzag通道综合性能不理想,尤其是45°的Zigzag通道,其综合性能始终低于直通道。研究结果可为印刷电路板式换热器的热力设计提供重要参考。

印刷电路板式换热器传热与流动规律及准则式研究

印刷电路板式换热器具有高效的传热性能和可靠的结构特性,在超高温气冷堆、光电发热等领域具有广阔的应用前景。建立了三维流固耦合传热数值模型,在模型有效性验证的基础上,对5°,15°,25°,30°,45°五种角度的Zigzag通道(Z字形通道)在雷诺数Re≤2000范围内流体的传热与流动规律进行了研究,研究表明角度对流体传热与流动特性影响显著;对45组计算数据进行拟合,引入表征Zigzag通道角度的自变量,建立了综合考虑雷诺数Re、普朗特数Pr和Zigzag通道角度三因素的传热与流动准则式,对印刷电路板式换热器Zigzag通道的热力设计具有指导意义。

基于CFD的低温回热器流动传热性能分析

为探究超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩布雷顿循环系统低温回热器冷侧ZigZag微通道内结构参数ZigZag角度θ、单位周期流道轴向长度P对S-CO_(2)湍流状态(16000≤Re≤68000)下流动传热性能的影响,对其传热与流动阻力进行了数值模拟。结果表明:随着θ的增大,低温回热器冷侧S-CO_(2)传热性能提高而流动阻力急剧增大;随着P的增大,传热性能与流动阻力均下降;对比二者变化,ZigZag微通道内S-CO_(2)流动传热性能对θ更为敏感;为使低温回热器冷侧综合传热性能较优,Re不宜过高,θ=15°时,Re不宜大于5.5×104。利用数值模拟结果拟合Nu关联式,拟合值与模拟值最大偏差12.44%;拟合关联式与Kim关联式(θ=40°)吻合较好,最大偏差8.95%。

UACR联合血清KIM-1、NGAL对冠心病病人术后并发造影剂肾病的预测分析

目的:探讨尿微量白蛋白/尿肌酐比值水平(urine micro-albumin/urinary creatinine ratio,UACR)联合血清肾损伤分子-1(kidney injury molecule-1,KIM-1)、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin,NGAL)对冠心病病人术后并发造影剂肾病(contrast-induced nephropathy,CIN)的评估价值。方法:选取162例冠心病病人,均行冠状动脉造影、经皮冠状动脉介入术,根据术后是否发生CIN分为CIN组(22例)、非CIN组(140例)。比较2组病人临床基线资料以及术后24 h的UACR、血清KIM-1、NGAL水平,采用多因素logistic回归分析CIN发生的危险因素,采用受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析UACR、KIM-1、NGAL预测CIN的诊断价值。结果:CIN病人术后24 h的NGAL、血清KIM-1、UACR水平以及术前尿肌酐均高于非CIN组,而术前肾小球滤过率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05~P<0.01)。多因素logistic回归分析显示,UACR、KIM-1、NGAL升高均是CIN发生的危险因素(P<0.01)。ROC曲线分析显示,NGAL、KIM-1、UACR以及联合诊断预测CIN的曲线下面积分别为0.826、0.801、0.790、0.886,联合诊断的曲线下面积明显高于单独诊断,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:UACR以及血清KIM-1、NGAL是冠心病病人术后发生CIN的独立危险因素,发生CIN的高风险病人各指标均处于较高水平,三种指标联合检测可提高CIN的预测价值。

直通道印刷电路板式换热器过渡区传热与流动的实验与数值模拟研究

制造了一台直通道及半圆形截面的印刷电路板式换热器(PCHE)样机并进行了不同流量下的水-水过渡区下的传热与流动实验。采用经典宏观圆管传热与流动关联式获得的计算结果与实验结果有明显偏差,具体为实验f因子更大,总体传热系数随雷诺数的变化更复杂。因此,对相应应用范围内PCHE过渡区液体流动的传热与流动关联式进行了校准。为了获得传热关联式,利用数值模拟获得PCHE过渡区单侧平均表面传热系数。结果表明,基于平均表面传热系数获得的总体传热系数与实验值平均偏差为8.5%,最大偏差为17.2%,但基于平均表面传热系数获得的总体传热系数预测模型与实验结果的偏差在10%以内,说明通过数值模拟获得PCHE过渡区单侧平均表面传热系数是一种可行的思路。

全回热超临界二氧化碳布雷顿联合循环特性及㶲经济性分析

大量的废热损失和在中低热源应用下的低效率是影响超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环在可再生能源应用的重大挑战。为实现能量的高效利用,提出并分析了一种具有较好热源适应性的布雷顿联合循环系统。该系统通过集成预冷-锅炉耦合模块和吸收式发电/制冷耦合模块代替常规预冷器,可以完全回收预冷器的余热,通过多种工作模式,保证系统性能不受环境温度和季节变化的影响。研究结果表明:透平2入口温度、余热回热器1出口过热度和热端温差对系统分流比、能量输出和模块间耦合关系有显著影响;此外,由于不可逆性的改善和㶲损失的减少,中间换热器、透平1和发生器(含精馏塔)的㶲损失分别占比56.1%、6.9%和5.2%;优化后的热效率、㶲效率、产品㶲流成本和净输出功分别达到84.2%、74.1%、9.48美元/GJ和397.4 MW。

直流道印刷电路板式换热器过渡区传热与流动特性实验研究

本文研制一台600 mm×80 mm×80 mm外形尺寸、1.5 mm板片厚度、0.75 mm流道半径的直流道印刷电路板式换热器(PCHE)。通过传热与流动特性实验获得典型运行工况下的总传热系数U和范宁摩擦因子f,并与经典的准则式进行对比。结果表明:在1400≤Re≤4792时,准则式对PCHE样机的传热性能的预测结果与实验结果平均偏差在8.8%以内,可以较好预测过渡区PCHE的传热性能;准则式与冷态测试下的范宁摩擦因子f实验结果平均偏差在9%左右,可以预测PCHE阻力性能。与冷态相比,热态测试的范宁摩擦因子偏大,需进一步修正。

印刷电路板式换热器板片结构强度设计

针对印刷电路板式换热器芯体板片结构在内压作用下的应力分布情况,采用有限元法研究了关键位置的应力随板片结构参数的变化规律;对比分析了印刷电路板式换热器芯体板片结构采用有限元法和解析法的计算结果,指出了目前解析法进行结构应力分析时考虑不够充分,且部分应力的计算结果存在较大的偏差。建议在进行印刷电路板式换热器芯体板片工程设计时,先利用现有解析法获得板片的初步厚度和肋宽,再用有限元法进行详细的校核和优化。

PCHE型混合工质冷凝器热力性能试验研究

PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)型混合工质冷凝器是浮式液化天然气装置中冷凝器的首选型式。本文通过构建混合工质冷凝试验系统,完成了PCHE混合工质冷凝器冷凝试验。以混合工质冷凝平衡模型理论为基础,采用Bell-Ghaly方法与Shah冷凝准则方程进行微通道内混合工质冷凝计算。对比分析理论计算与试验结果表明:在高雷诺数情况下,Bell-Ghaly-Shah方法计算的混合工质冷凝传热系数与试验结果偏差为3.11%。本文研究内容对PCHE型混合工质冷凝器热力设计具有重要借鉴意义。

316L分层实体扩散焊接头微观组织与力学性能分析

对316L薄板材及316L分层实体扩散焊接头,开展-196,20,600℃力学性能试验及微观组织分析。结果表明,扩散焊界面微观金相组织与母材相同。同一试验温度下,垂直于扩散界面方向抗拉强度均小于平行于扩散焊界面方向抗拉强度;3种试验温度下,扩散焊接头抗拉强度均高于0.9倍的母材抗拉强度;随着温度升高,扩散焊接头抗拉强度逐渐下降,其中在-196℃试验条件下的扩散焊接头强度远高于20℃和600℃试验条件下的强度试验数据。对拉伸试样进行SEM断口分析,均以韧性断裂为主,随着温度升高,纤维区比例变高,韧窝的尺寸与深度变大,韧性提高;-196℃与20℃的断口形貌以正拉应力的等轴韧窝为主,600℃为指形抛物线韧窝形貌。