贯流锅炉表面燃烧改造后热力性能的数值模拟研究

采用表面燃烧器是目前贯流锅炉低氮改造的主流技术。基于ANSYS软件,以实际运行的锅炉为研究对象,对贯流锅炉进行表面燃烧改造后的燃料和空气混合物的流动特性,温度特性,传热特性及排放特性等热力性能进行数值模拟研究,得出冷热态燃料和空气混合物及烟气的流动速度特性,热态烟气流场分布,炉膛内的温度场及CH_(4)分布,CO_(2)和NO_(x)的浓度分布,水管壁面温度分布等。通过模拟发现,烟气经过第一回程出口时其流动方向发生改变,并且由于烟气流通截面的缩小,随着不断靠近第一回程出口处,烟气速度不断增大,在内侧管和外侧管所形成的通道中存在最大速度。通过对受热面辐射热负荷计算发现,表面燃烧改造后,辐射热负荷远较锅炉原设计时采用扩散式燃烧器时显著减小。烟气第一回程处外侧水管受到未经充分换热的高温烟气高速的垂直冲刷,造成该处部分外侧水管温度较高,过热和热疲劳应力的反复作用使该处水管易产生密集型裂纹。从传热学的角度分析得出贯流锅炉表面燃烧改造后第一回程出口处的水管易产生裂纹是由于过热疲劳所致。

通讯基站分离式热管换热器的传热性能实验研究

通讯基站面临散热不均、散热系统能耗高等问题。分离式热管换热器能替代机房内空调的使用,有效减少基站散热系统能耗。分离式热管换热器传热性能的影响因素有充液率、工质类型和风量等。为了研究不同因素对换热性能的影响,通过理论计算对比分析了理论充液率和实际充液率的差异;搭建实验平台研究了不同充液率下换热器的传热性能变化规律,不同高、中温工质下换热器性能的差异以及室内外风机功率的改变对换热器性能的影响规律。研究发现:使用工质R134a时,最小充液率理论值和实际值的误差为4.74%,换热器最优充液率范围为27.1%~47.9%,且最佳充液率为31.6%,最佳充液率下换热器当量换热系数为909 W/℃;随着充液率的提升,换热器内部相变区域先增大后减小,传热形式由气态工质显热传热为主先变为工质相变潜热传热为主,而后变成液态工质显热传热为主;高温工质不适用于该分离式热管换热器,使用高温工质时,换热器内部无明显相变区域,换热器使用的工质沸点越低,相变区域越大,换热器性能越好,其最佳充液率范围也越大;随着室内、外风机功率增大,换热器性能均先迅速提升而后提升速率减缓,但蒸发器侧由于散热条件较差,提升内风机功率对系统传热性能的提升较提升外风机功率更为显著。

整体式微通道换热器的性能分析

为了提升整体式微通道换热器的整体性能,建立了整体式微通道换热器的稳态换热模型,研究了结构参数与运行参数对其的影响规律。整体式微通道换热器以R245fa为工作工质,并在实验验证模型准确性的基础上,利用该模型模拟研究了换热器风量和换热器热管间距对系统整体热阻和空气侧压降等参数的影响。研究结果表明,当微通道换热器的蒸发段风量为0.41 m^(3)/s、冷凝段风量为0.21 m^(3)/s时,换热器的系统整体热阻为0.0380 m^(2)·K/W;随着冷凝段和蒸发段循环风量的增加,微通道换热器空气侧的压降增加,整体热阻均降低;微通道换热器的整体热阻的下降趋势随着风量的增加而逐渐减弱,得出在本研究范围内,蒸发段风量取0.45 m^(3)/s、冷凝段风量取0.69 m^(3)/s为宜;随着整体式微通道换热器热管间距的增加,微通道换热器整体热阻呈上升趋势,微通道换热器在蒸发段空气侧的压降呈下降趋势。当换热器热管间距为6 mm时,微通道换热器综合性能达到最佳。研究结果对通信基站冷却设备设计及微通道换热器结构与控制参数优化设计提供了参考依据。

基于最小二乘支持向量机的火电厂烟气含氧量预测模型优化研究

烟气含氧量是锅炉运行的重要监控参数,也是反映燃烧设备与锅炉运行完善程度的重要依据。根据运行工况快速、准确地测量烟气含氧量,对于优化锅炉燃烧过程具有重要指导意义。以某电站的1000 MW超超临界锅炉的运行数据为基础,选取影响烟气排放的31个因素,分别采用交叉验证(cross validation,CV)、粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法、遗传算法(genetic algorithm,GA)寻找最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LSSVM)模型的最佳参数,建立烟气含氧量预测模型。研究结果表明:相对于PSO-LSSVM和CV-LSSVM模型,GA-LSSVM预测模型对烟气含氧量具有更好的预测能力,具有预测精度高、泛化能力好、鲁棒性强等优点,拟合预测的相对误差、均方误差分别为0.54%、0.23%,泛化预测的相对误差、均方误差分别为1.66%、2.13%,能够比较准确地对火电厂锅炉烟气含氧量进行测量,为锅炉燃烧系统进一步的优化运行奠定了基础。

直流电场对AP/HTPB/Al复合固体推进剂燃烧特性的影响

为研究直流电场对AP/HTPB/Al复合固体推进剂的燃烧特性的影响,进行了不同电场下的推进剂药条燃烧实验;通过高速可视化拍摄方法,对推进剂药条的燃烧火焰、燃面退移过程及铝凝团运动轨迹进行了观察,分析了不同加载电压对燃烧火焰、燃速及铝凝团散射速度的影响;采用运动学分析方法计算了铝凝团粒子的平均荷质比和受力情况。结果表明:高压电场产生的离子风可以显著改变药条燃烧的火焰形状;药条的燃速随着加载电压的升高而增大,且反向电场对燃速的影响更为显著,最大可提高37%的燃速;铝凝团粒子带正电,平均荷质比约为(1.58±0.04)×10^(-3)C/kg,随着反向电场强度的增加,铝凝团粒子所受的电场力逐步增大,最大可达重力的19倍,散射速度逐步降低,平均散射速度最大可降低49%。

基于最小二乘支持向量机的电站锅炉高效率低NO_(x)的多目标优化研究

针对锅炉燃烧系统的多目标优化,在所建立的锅炉燃烧系统预测模型的基础上,分别采用加权−粒子群算法和多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法优化锅炉系统的可调整运行参数,以实现锅炉高效率低NO_(x)排放。分析表明,2种优化算法所得的运行参数相近,趋势与燃烧特性分析和燃烧调整试验结果相符合,说明智能算法优化电站锅炉燃烧系统有效可行。但是加权−粒子群优化算法主观依赖性严重,难以选取合适的权值,优化时间长且结果少;而MOPSO算法优化时间远远小于加权−粒子群算法优化时间,并且优化结果更多,优化效率更高,更有利于指导锅炉的实际运行。

基于格子Boltzmann方法的荷电液滴蒸发及传热研究

固着液滴蒸发在各种应用中起着重要作用,然而数值模拟研究电场对蒸发液滴内部流动及传热影响还有待探索。结合相变和漏电介质模型提出了一个多松弛格子Boltzmann模型,并与实验结果进行了对比验证。运用该模型研究了电场对液滴蒸发过程的形态变化、电场力分布、流动和传热的影响。结果表明,液滴沿电场方向被拉伸,其高度随电毛细数(Ca_(E))的增加而增加,电场扩大了液滴的内部流动范围,使其流动更加均匀。当Ca_(E)=0.4时,Peclet数是无电场时的3.3倍,但相对于热传导,液滴的内部流动对温度分布没有显著影响。由于电场拉伸液滴,导致传热热阻增加,因此蒸发所需的时间增加。电场的作用是改变液滴几何形态,而接触线密度的增加才是影响平均热通量的主要原因。

超薄热管启动特性和传热性能数值模拟

提出了一种简化的超薄热管三维瞬态模型,模拟热管由启动至稳定运行的过程,基于团队前期工作验证了模型的准确性,通过数值模拟研究了不同流道厚度、吸液芯类型及折弯段几何结构的热管,分析了各参数对蒸汽流动特性、温度分布特性及启动性能的影响,基于控制理论对不同结构热管的热响应特性进行了定量分析,最大均方根误差(RMSE)仅为0.385。研究表明:流道厚度过小将增大蒸汽流动阻力和能量损失,不同结构吸液芯主要通过蒸汽通道宽度差异影响蒸汽流动特性,流道厚度越小越易受折弯段折弯半径和折弯角度的影响。此外,流道厚度小于0.2 mm还将影响热管均温性,使气液循环受限,热管总热阻和启动时间主要受热负荷的影响。

微尺度相变传热的关键问题

由于航天、信息、生物等高技术的发展,微尺度热物理问题得到了广泛的重视.作为一种非常高效的能量转换方法,微尺度相变传热的研究远未成熟.本文对微尺度相变传热作了较为系统的综述,论述了控制微尺度相变传热的准则数,分析了沸腾起始点、流型、压降、传热系数、不稳定性、临界热流密度六大关键问题.建议从实验和理论两个方面对微尺度相变传热进行深入的研究,以进一步理解其机理,为微蒸发器的设计、制造及运行提供科学依据和指导.

超声波电机自激振荡驱动电路的变频控制特性

针对单相超声波电机的自激振荡驱动电路,重点分析了电路选频网络中不同元件参数对电路自激选频特性的影响,建立了电机动态阻抗变化特征、电路自激信号频率和电路参数之间的一个方程组,得出在超声波电机的工作频率范围内,电路自激频率随选频网络中下端电阻的增大而增大,随电感的增大而减小,实验结果与理论推导基本相符。电路中选择不同的电阻和电感值可以实现调频,即对超声波电机的变频控制。在电机稳定工作点的一定频带范围内电路可以实现自动频率跟踪功能。

乙醇在微尺度单电极燃烧器内的雾化与燃烧

采用荷电喷雾燃烧技术是促进微尺度下液体燃料稳定燃烧的重要方法。使用乙醇为燃料,在新型结构的喷嘴内径为0.8 mm微尺度单电极燃烧器内,进行了荷电雾化与燃烧特性的实验研究。结果表明:荷电雾化会随喷嘴电压升高而出现4种模式,对应的荷质比在脉动模式下最低,到达锥-射流模式后出现跃升,在锥-射流模式下最为稳定。荷电雾化后的乙醇在燃烧器网格处稳定燃烧,火焰温度随着当量比增大先上升后下降。火焰温度在当量比=1.0时达到最高值,且随电压增大而上升。锥-射流模式下,当量比=1.0时,燃烧效率可达89%,燃料转换效率可达90%。稳定的雾化模式以及合适的当量比,对燃烧效果具有较大的改善作用。

微粒污垢的特性分析

利用微粒污垢的一个预测模型 ,结合实验结果 ,研究了管壳式换热器管内微粒污垢的积聚特性。考察了颗粒质量分数、颗粒直径和流体速度对渐近污垢热阻的影响。提出了大、中。

组合电极小型燃烧器的电学及雾化特性研究

组合电极对小型发电系统的关键设备小型燃烧器的效率和稳定性上有显著的改善作用。在荷电雾化燃烧中,燃烧效果很大程度上取决于雾化程度,而充电电场是决定静电雾化的关键因素。对毛细管喷嘴–环形电极–收集网格组合电极的电场进行了理论计算,利用静电场叠加原理,通过单喷嘴电极和单环形电极电场分布导出了不同环形电极位置的组合电极电场分布。通过实验采集了不同电极距下的雾化图像、测量了雾化产生的电流、雾化液滴速度和粒径。结果表明:组合电极轴向电场强度在喷嘴出口处最大,并且沿着z轴方向,总体呈下降趋势。随着环形电极位置从上向下移动,组合电极喷嘴出口处轴向电场强度大小逐渐增加,实验测得的乙醇荷质比相应增加。由此推论,在本研究范围内电场强度是影响荷质比的关键因素。综合考虑不同电极距对液滴粒径和速度的影响,认为当极距L_1=3.6mm或L_1=2.5mm时能实现较好的雾化及燃烧效果。研究结果对于合理设计小型燃烧器结构具有指导意义。

微尺度锥射流雾化模拟分析

为合理选择微型荷电喷雾燃烧器的结构设计和工作参数,基于新设计的微型毛细管电极–环形电极–网格双电极荷电喷雾燃烧器,开展液体燃料乙醇雾化实验研究,得出了稳定的锥–射流雾化工作模式。基于该工作模式,对双电极产生的电场强度进行理论计算,采用数值模拟的方法对流场和电场的耦合场进行分析求解,运用乙醇–空气两相流水平集方法模拟乙醇的流动。在体积流量为1 m L/h、毛细管电压4.19 k V、环形电极电压1 k V时得到了稳定的锥–射流、毛细管附近场强分布和两相流的速度场。经过理论计算得出了乙醇产生雾化的最小体积流量。研究表明:轴向场强和径向场强在锥射流内部均逐渐增大,在锥射流界面达到最大值后逐渐减小。由于射流的外侧速度矢量出现漩涡并沿分界面的切面方向运动,促进了锥射流的形成。当环形电极电压一定时,高于最小体积流量的乙醇在适合的毛细管电压下可得到稳定的锥射流。

基于锁相环的超声波电机频率跟踪控制技术

电压电流的相位差即阻抗角特性反映了电机定子的谐振特性,通过采集超声波电机工作时电压电流的相位差信号,运用锁相环原理锁定电机工作状态,实现了对超声波电机的闭环控制.此方法对电机结构没有特殊要求,无需设置孤极.实验证明通过跟踪电机工作时电压电流的相位差,可以补偿电机本身特性和温度变化等对电机运行的影响,使电机运行在初始设定工作状态,提高电机的输出效率.改变电路中比较器初始相位差设定值,电路可以跟踪相位差变化实现对超声波电机的稳速功能.

乙醇小尺度射流扩散火焰燃烧温度及稳燃特性

对自由射流和受限射流乙醇小尺度扩散火焰的燃烧温度及稳燃特性进行了实验研究。结果表明:火焰在静止空气中燃烧会经历淬熄前火焰、稳燃火焰、振荡前火焰、振荡火焰4个不同的状态。受限空间和自由空间下,火焰峰值温度随雷诺数增大均会经历增大,稳定和减小3个阶段,自由空间下,其温度最高可达1300K。尾部烟气温度随雷诺数先增大后保持稳定,其温度最高可达480K。只有当内径小到一定程度,玻璃管壁温才会随雷诺数有较大增加,其温度最高可达370K。随着受限空间内径的减小,火焰的燃烧上限明显降低,且均比自由空间时的低,而燃烧下限几乎均与自由空间时相同。在本实验范围内,热熄火是淬熄的主要因素,而燃料的不完全燃烧则是火焰由稳定燃烧转变为振荡燃烧的主要因素。

锥射流模式下乙醇静电喷雾液滴速度特性分析

研究液滴在静电喷雾下的速度特性是理解喷雾形态的形成及演化的关键.结合锥射流模式下乙醇静电喷雾实验数据,建立了静电喷雾二维轴对称模型.基于离散相液滴运动方程、连续相空气运动方程、电场方程以及用户自定义函数,进行了数值求解,获得了锥射流模式下的乙醇静电喷雾形态、空间电场分布以及液滴速度场分布.考虑了不同空气入口流速的影响,得到了乙醇/空气同轴射流静电喷雾形态的变化规律.结果表明,喷雾外围液滴与空气流场有较强的相互作用,导致喷雾中轴线附近的液滴速度分布变化较小,而在喷雾外围处的液滴速度分布沿径向剧烈变化;随着空气入口速度的增大,乙醇/空气同轴射流静电喷雾形态先趋于发散,当空气入口速度大于喷雾外围液滴轴向速度时,喷雾形态则趋于聚拢.因此,除改变施加电压、液体流量和电极结构外,通过控制空气入口速度来影响喷雾液滴速度场,也可获得不同的静电喷雾效果.

受限空间下散热对微火焰稳定性的影响

以无水液体乙醇为燃料,用铁铬合金电热丝为燃烧室内反应物加热,采用实验与数值模拟相结合的方法研究乙醇-空气小尺度层流扩散火焰散热对受限空间微火焰稳定性的影响。结果表明,采用电热丝向受限空间内的燃烧反应物加热,可以减少散热损失的影响,对稳燃有一定的帮助。电加热功率为合适值时,稳定燃烧极限最宽。电加热可提高火焰温度,增大化学反应速率,使火焰中心向上游移动。一定范围内,电加热功率的增幅大于散热的增幅,外加热功率对散热损失有抑制作用,增强微火焰的稳定性。

小尺度射流扩散火焰结构的实验研究

以液体乙醇为燃料,采用内径为1.0 mm的陶瓷管作为燃烧器,并通过在陶瓷管外放置内径为8.8mm的透明玻璃管形成受限空间,进行了受限射流扩散燃烧与自由射流扩散燃烧的对比实验研究,并对稳定燃烧情况下的火焰结构进行了光学可视化测量.结果表明:自由射流扩散火焰呈椭球状,受限射流扩散火焰呈圆锥状;在相同的乙醇流量下,受限射流扩散火焰的长度和宽度均小于自由射流扩散火焰;受限射流扩散燃烧时燃料和空气的混合效果要好于自由射流扩散燃烧,而且其火焰结构受浮升力的影响较大.

液体乙醇小尺度扩散火焰的稳燃极限

研究了燃烧器喷管的材料及尺寸、针形电场和水平磁场等因素对乙醇小尺度扩散火焰稳燃极限的影响.结果表明:不同内径的陶瓷喷管,当内径从0.4,mm增大到1.0,mm,其燃烧下限由0.6,mL/h减小到0.5,mL/h,燃烧上限由1.05,mL/h增大到1.6,mL/h,内径相同的燃烧器喷管,不锈钢管燃烧上限为1.85,mL/h,石英玻璃管的为1.65,mL/h,即采用内径较大,材料导热系数较大的燃烧器喷管,火焰的稳燃范围较宽;45°针形电场作用下,当电极距为4,cm,电压大于5,kV时,针形电场产生的离子风能吹熄低流量时的火焰,此时火焰的燃烧下限急剧增大,直到增大到与火焰燃烧上限相同时,火焰没有稳燃区间;水平磁场作用下,当磁场强度从0 mT增大到52.5,mT,磁场中乙醇的扩散系数随之增大,进而增大了乙醇的燃烧速度,火焰的燃烧上限也随之增大.