基于随机近似热探针方法的土壤热物性高精度测量系统

土壤的热物性参数是地源热泵系统设计和埋地电缆优化设计等研究过程中最基本的参数。本文基于随机近似热探针方法,在充分考虑探针自身参数和接触热阻影响的基础上,建立了土壤的多物性快速测量系统,并对不同含水量的土壤热物性进行了现场测量。研究结果显示,该方法不仅从原理上消除了传统热探针测量热物性的系统误差,实现了热导率、比热容等多参数的同时高精度测量;而且可以大大缩短测量时间,减少传统热探针方法由于测量时间过长所导致的水分迁移所带来的测量误差,从而实现对土壤多热物性参数的高精度快速现场测量。

应用PTC电阻精确控温的实验研究

正温度系数(PTC)电阻是一种具有温度敏感性的半导体电阻,利用PTC电阻取代普通电阻加热材料,有可能成为航天器主动热控的一种新手段。文章建立了电加热主动控温的实验系统,对PTC电阻和普通电阻的热控性能进行了对比实验研究,研究结果表明:由于PTC电阻具有电阻随温度升高而快速增大的特性,与普通电阻热控系统相比,PTC电阻热控系统具有控温精度高、自适应能力强等优点。此文的研究结果对于利用PTC电阻实现精确温度控制具有一定的指导价值。

螺旋管内超临界二氧化碳换热性能的模拟和试验研究

对超临界二氧化碳(S-CO_(2))在螺旋管内的对流换热性能进行模拟和试验研究。探讨了热流密度q、质量流量G、节距P、管内径d、螺旋半径R等流动、结构特性对流动传热的影响,并对各结构特性灵敏度做了量化分析;搭建了闭式循环的S-CO_(2)测试平台,对螺旋管内S-CO_(2)对流换热性能进行了试验研究,并基于试验工况数据验证了数值模拟的准确性;对数据进行处理,拟合出了S-CO_(2)的传热关联式。该研究为S-CO_(2)螺旋管式换热器的热力设计方法奠定了基础,并在核电及光热发电领域具有一定的工程应用价值。

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%。

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。

超临界压力下CO_(2)在旋流通道内对流换热试验研究

将缠绕管式换热器代替目前普遍使用的印刷电路板式换热器(PCHE)用于超临界二氧化碳(SCO_(2))布雷顿循环发电系统具有潜在前景,而SCO_(2)在变物性和旋流强化支撑体交互作用下的传热与流动试验研究仍十分匮乏。搭建了一套SCO_(2)闭式循环测试平台,对超临界压力下CO_(2)在受热竖直旋流通道(管外径6.35 mm、管内径4.57 mm、螺距50 mm、螺旋直径80 mm、总长度1000 mm)中的对流换热特性进行试验研究,并与直管进行对比。揭示旋流通道内SCO_(2)在变物性、浮升力、离心力耦合作用下的湍流传热特性,并基于1071个试验工况数据得出了新的传热准则式,为缠绕管式回热器热力设计方法奠定了基础。该研究进一步丰富和发展了SCO_(2)测试系统,对缠绕管式SCO_(2)换热器在核电以及光热发电中的应用及推广具有一定的工程应用价值。

基于神经网络模型的自然通风逆流湿式冷却塔热力性能研究

冷却塔是热力发电厂中重要的冷端设备。人工神经网络是研究冷却塔热力性能的一个重要方法,然而目前关于自然通风逆流湿式冷却塔热力特性的神经网络相关研究还不够充分。本文基于电厂领域36座自然通风逆流湿式冷却塔的实测热力数据,使用BP神经网络模型,对冷却塔的出塔水温、冷却数、蒸发损失水率进行预测研究。结果表明利用BP神经网络可以对冷却塔的热力性能进行较好的预测,出塔水温、冷却数、蒸发损失水率的预测均方误差以及平均相对误差分别为0.278、0.076、0.003和1.565%、18.153%、3.599%。研究结果对电厂冷却塔的热力设计及运行监测具有重要的参考价值。

超临界氮在螺旋管内的流动与传热研究

采用有限元分析软件对超临界氮在螺旋管内的流动与传热进行研究,探讨了螺旋半径R、螺距P、管径d等结构特性对流动传热的影响,并对各参数灵敏度做了量化分析。结果表明,螺旋管内离心力的存在很大程度上强化了传热;螺旋管结构特性的变化对流动传热影响较大,其中管径d影响最大,螺旋半径R、螺距P次之,分析结果为今后的研究提供参考。

超临界流体在螺旋管内的对流换热研究进展

超临界流体在螺旋管内的传热技术在化工领域被广泛应用。由于其传热与流动机理的复杂性,使得目前这方面的研究相较于直管内的还很匮乏。综述了近几年来国内外学者关于超临界流体在螺旋管内对流换热的研究进展,包括以CO_2和H_2O等常见工质为主的数值模拟研究与试验研究。对数值模型及传热机理进行了分析比较,提出该研究的未来发展方向;总结了现有研究中的浮升力影响准则,并分析了质量流量、压力、热流量以及螺旋管结构参数对传热特性的影响机理。此外,对目前螺旋管内超临界流体的换热关联式进行了归纳总结。期望能对超临界流体在螺旋管内的特殊换热机理有更深入的理解,为今后的具体研究工作奠定理论基础。

ZigZag微通道内S-CO_2流动传热性能分析

以超临界二氧化碳(S-CO_2)为工质,对其在Zig Zag半圆形横截面微通道内湍流状态下流动传热性能进行数值计算,分析了Zig Zag角度θ、单位周期流道轴向长度P对传热与流动阻力的影响。结果表明,流体在Zig Zag微通道内流动,在流道拐弯处有旋涡产生,导致流通面积减少,流体主流速度急剧增大并冲刷换热壁面,使边界层减薄或破坏,并且该位置附近湍动能急剧增大,增强了流体的扰动与混合,促进了能量传递,强化了换热;随着Zig Zag角度θ增大,微通道内传热性能提高而流动阻力急剧增大;随着单位周期流道轴向长度P增大,传热性能与流动阻力均下降;在文中所述计算条件下,θ=15°,P=15 mm时Zig Zag微通道内S-CO_2耦合传热综合传热性能最优。

翅片管固有频率的参数化分析及模拟研究

采用有限元分析软件对翅片管固有频率进行研究,主要探讨翅片厚度a、翅片高度b、翅片个数n、基管厚度t、基管外径D和跨距L对翅片管固有频率的影响,并对翅片结构特性灵敏度做了量化分析。结果表明:翅片管几何结构的变化对固有频率影响较大,固有频率值相比基管有很大提高,其中n影响最大,a、b次之。通过模拟结果拟合出固有频率增强系数与D、a、b、n等结构参数的关联式,为翅片管换热器防振设计提供数据支持。

燃气-蒸汽联合循环机组中燃气轮机空气冷却器的应用

燃气轮机空气冷却器(TCA)是燃气轮机透平冷却系统的关键核心装备。本文阐述了TCA在国内冶金和天然气发电领域燃气-蒸汽联合循环(CCPP)的应用及研究现状,阐明了冷却原理,对比分析了各型冷却器的技术参数。依托某电厂透平冷却系统优化项目,开展了TCA的国产化研发工作,开发了高效、安全相协同的TCA设计技术,提高了TCA的设计温度与压力并降低了压降,同时提升了设备的抗振能力。应用结果表明:透平冷却系统运行稳定,单台TCA的最大回收热量超过2 MW,最大总传热系数可达290 W/(m·K)。