圆管和扁形管的绕管式换热器壳侧流体降膜流动特性

为探究异型管绕管式换热器壳侧流体降膜流动和分布特性,建立了绕管式换热器三维物理模型,并基于流体体积(VOF)法多相流模型进行了数值模拟,对比分析了圆管和扁形管的管外流体降膜流动特性。结果表明:圆管和扁形管的管外轴向降膜流动分布均呈现“波谷-波峰-波谷”形状;扁形管的管外流体降膜流动速度明显大于圆管;圆管的管外液膜最薄处为圆周角120°处,扁形管的管外液膜最薄处在90°~120°之间;随着管间距的增加,圆管和扁形管的管外液膜平均厚度均呈下降趋势,扁形管周向液膜平均厚度比等周长圆管小10%~29%;随着缠绕角的增加,扁形管的管周向液膜平均厚度比等周长圆管小4%~28%。因此,推荐使用扁形管替代圆管作为绕管式换热器的缠绕管。

双燃烧器正对布置燃烧特性数值模拟研究

为了探究燃烧器布置方式对燃烧特性的影响,对双燃烧器正对布置方式进行建模,模拟了其在不同过剩系数下的燃烧情况,着重分析了炉膛内的速度分布,温度分布以及出口NO_(x),并与单体燃烧器的结果进行对比。结果表明:双燃烧器正对布置时,从燃烧器喷出的气体在炉膛中心相遇后会相互错开进入对置燃烧器的一侧进行燃烧,而且宽度方向上这一特征更加明显,所以此时燃烧器温度场呈中心对称分布,而且高度方向的温差小于宽度方向上的温差;双燃烧器和单体燃烧器的NO_(x)随过剩系数的变化趋势相同,但是双燃烧器的NO_(x)生成量大于单体燃烧器,两者相差1.6倍。

高温吸收式热变换器热力学性能实验研究

建立了一套5 kW溴化锂高温吸收式热变换器实验样机,其最高输出可用热温度超过200℃,温升大于40℃。实验考察了蒸发温度、再生温度、吸收温度和系统温升对系统性能系数COP的影响,其主要部件在150 205℃以高温高压操作,并辅以表面抗蚀技术,有效减缓了溴化锂溶液的腐蚀作用。实验结果表明,随着蒸发温度增加,COP增加;随着再生温度增加,COP先增加后略微减小;随着吸收温度增加,COP先增加后减小;COP随着系统温升增加而减小。

高温LiBr双吸收式热变换器分析

基于热力学第一、第二定律建立了高温LiBr双吸收式热变换器热力学模型.模型考察了系统各操作温度、循环倍率(Rf)、溶液热交换器换热效率(Ef)和系统温升(Tgl)对系统性能(ECOP)、主要部件损失(Ed)和总损失(Et)的影响.结果表明,吸收器和再生器是整个系统损失最大的部件;ECOP随着再生温度、蒸发温度、吸收-蒸发温度和溶液热交换器换热效率增加而增加;随着吸收温度、冷凝温度、循环倍率和系统温升增加而减小.为了获得较好的系统性能,系统温升不应该超过72K.

工业燃烧器开发测试及相关问题探讨

将航空发动机轴向燃料分级技术引入到冶金行业步进加热炉用燃烧器开发,提出了一种工业用的轴向燃料分级燃烧器。根据冶金步进加热炉生产工艺条件,建立了专用于实验测试冶金燃烧器的实验系统,并提出工业燃烧器一般工程实验测试方法和结果分析方法。通过1∶1比例工业燃烧器原型机实验测试,氮氧化物稳定在50 mg/m^(3)(标准)以内,且炉内温度场分布较为均匀,有利于钢坯表面均匀受热。基于轴向燃料分级技术开发的工业燃烧器各项技术性能达到设计要求,同时,实验测试得到的数据可以有效地用于实际生产过程中燃烧精确控制,给工业行业开发先进燃烧器和实验测试提供参考。

高温双再生器型吸收式热变换器热力循环分析

提出一种新型以溴化锂溶液为工质的高温双再生器型吸收式热变换器(HDAHT)循环系统,该系统在高温单级吸收式热变换器循环中再生器和冷凝器之间增加了第二级再生器.HDAHT系统可以将高温废热源的温度进一步提高至有用温位.对HDAHT内各参数对系统性能系数COP的影响进行了模拟计算.计算结果表明,系统性能系数COP随着蒸发温度、低压再生器温度和溴化锂溶液中间浓度的升高而增大,随着吸收温度、高压再生器温度和溴化锂稀溶液浓度的升高而减小.在适合的操作条件下,本循环的系统性能系数COP达到了0.61,是高温单级吸收式热变换器的1.2倍.所得到的这些规律将为高温吸收式热变换器设计系统优化提供必要的理论依据.

新型聚乙烯醇/聚乙二醇水凝胶热沉性能研究

为研究水凝胶作为热管理技术的可行性和潜力,采用物理循环冷冻法制备一种力学和经济性良好的新型聚乙烯醇(PVA)/聚乙二醇(PEG)复合水凝胶热沉,热沉尺寸为60 mm×60 mm×2 mm,通过表面的水分蒸发来实现自冷。在2712 W/m^(2)热流下进行散热性能探究实验,得到了升温特性、蒸发对流强度变化关系和溶胀变化规律。发现加入2.5%质量分数的PEG减小了随循环冷冻次数增加造成的制备变形,减小了75.53%的含水量衰减,同时使芯片表面控温下降7.53%。根据实验结果计算得到了蒸发换热系数,并研究了热流、厚度和湿度对蒸发散热的影响。通过对水凝胶不同温度和使用情况(4 h连续使用及120 d常温储存)下溶胀率的测定,证明水凝胶具备一定的短时使用可靠性,但对温度的敏感响应并不显著。

冶金步进式加热炉钢坯加热过程全尺寸数值研究

为了深入了解冶金步进加热炉中钢坯的换热过程,以一种新型燃料分级燃烧器为核心,以某钢厂1422号线3号炉为研究背景,建立了1∶1的全尺寸加热炉模型,同时采用稳态模拟与瞬态模拟结合的方法,研究了钢坯静止在加热炉均热段时的加热过程,得到了此时钢坯的温度分布情况,结果显示:该新型研究方法能够准确地描述步进加热炉加热钢坯时的传热情况;均热段的温度比其他各段的温度约高100℃;采用均热段加热时,顶部燃烧器的高温烟气会绕到钢坯下方对下表面进行加热,使钢坯下表面升温更快;加热60 min时钢坯已经达到目标出炉温度,而且温差最小,为9.83℃,随后由于均热段的二次加热温差反而增大,最终温差为17.42℃;所述工况条件下,钢坯达到目标温度时所用的加热时间和均热时间共64 min,与实际估算的时间80 min相差16 min,基本符合实际情况。

高碳醇/膨胀石墨复合相变热沉多目标优化

为解决高温工作环境下电子芯片的发热问题,设计采用相变材料(PCM)的控温模块,建立相变材料的控温模块模型。相变材料选择高碳醇/膨胀石墨复合材料。借助FLUENT软件进行数值模拟,探究在相同加热功率下,加热面积对控温时间的影响。对控温模块的几何尺寸进行参数分析,将数值模拟结果用于训练人工神经网络,实现对控温时间的预测。根据芯片发热功耗、芯片尺寸,通过NGSA-Ⅱ多目标优化算法优化控温模块几何尺寸,延长控温时间,降低模块质量。最终得到一系列非支配解集,可根据控温时间需求选择合适的模块尺寸设计。针对长宽为35.4 mm、发热功率为15 W的芯片进行控温模块优化设计。环境温度为80℃,温控目标小于90℃,控温时间180 s,优化后模块减重13.0%,模块内温度与液相分布也更均匀。

新型高效板式空气预热器在冶金步进加热炉的应用

冶金步进加热炉基本采用列管式换热器进行高温烟气余热回收,但列管式换热器换热效率低、积灰严重、回收温度低,烟气余热利用程度有限。板式换热器具有传热系数高、结构紧凑、占地面积小的优点。专门针对冶金加热炉开发了全焊接结构的新型高效板式换热器,根据不同现场条件,在设计阶段通过采用不同强化板型结构,调节板间距离、叠加厚度来达到最优的换热效果。梅山钢铁公司实施新型高效板式换热器代替列管式换热器改造,相对于改造前空气预热温度提高了平均100℃,一年最高为加热炉节约1907.1万标方煤气,产生经济效益801万元,在冶金加热炉节能减排领域起到了示范作用。

泡沫铜/低熔点合金复合相变材料凝固放热分析

为研究泡沫铜/低熔点合金(LMPA)复合相变材料在间歇放热工作环境下恢复至初始状态的能力及不同孔隙率泡沫铜的添加对其凝固放热过程的影响,通过数值模拟对比分析了47合金、正二十三烷与泡沫铜复合前后的凝固放热过程,并调节泡沫铜/47合金复合材料孔隙率计算模拟芯片温度在凝固放热过程中温度随时间变化曲线。结果表明:泡沫铜的添加对2类材料凝固过程均有促进作用,模拟芯片恢复至目标温度所需时间分别被缩短6.6%和47.7%。因体积潜热值的差距,泡沫铜/47合金凝固时需放出更多热量,恢复至目标温度的时间较长,是正二十三烷复合相变材料的1.52倍。随着孔隙率的增大,复合相变材料恢复至室温状态所用时长变化不大,考虑到孔隙率对相变热控过程中的影响,实际使用时应综合考虑。

一种新型空气预热器在连续重整装置中的应用

中国石油克拉玛依石化公司60万t/a连续重整装置中采用了铸铁板翅式-玻璃管组合空气预热器。其实际运行效果表明:该组合式空气预热器能够适应较大的环境气候变化及加热炉负荷变化。高温烟气经余热回收后的外排温度为117℃,较改造前的142℃降低了25℃,余热回收效率高,节能效果好;设备防腐蚀设计效果明显,可灵活调整温度区间变化,有效避免酸露对预热器金属部件的腐蚀,大幅度地延长了该空气预热器的寿命,节约了企业成本。

环肋翅片管相变传热特性及分形优化

基于管壳式相变换热器,通过数值模拟方法研究了35号石蜡在矩形环肋翅片管外的融化传热特性,建立肋片单元三维模型研究热流体温度、肋片高度参数对传热过程的影响,并探究了分形结构翅片的优化传热性能。结果表明:矩形环肋翅片管外相变融化过程分为传热速率差异明显的3段,适用于不同功率需求;提高热流体入口温度和相变材料温差近似等比增强总传热功率;肋片高度由10 cm分别提高至12.5 cm、15 cm时,总融化时间分别缩短42.89%、71.96%,增强传热,但功率重量比降低;分形结构优化翅片总融化时间缩短41.95%,功率提高,为相变翅片管的优化设计提供参考。

低熔点合金相变热控数值模拟与实验研究

本文主要对47合金与58合金两种低熔点合金相变材料的相变热控性能与相变过程传热现象进行研究。首先通过将相变热控实验与数值模拟相结合的方法验证了焓–多孔介质模型与Boussinesq假设的可靠性。之后通过数值模拟的方法对比分析了两种低熔点合金相变材料与熔点相近似的传统有机类相变材料热控性能。结果表明,47和58合金低熔点合金相变材料的控温时间明显更长,较传统有机相变材料热控性能更好。另外,自然对流对低熔点合金相变热控装置的温度分布及固液相界面几乎无影响,低熔点合金熔化过程中自然对流效应可忽略。

冶金加热炉燃料分级低NO_(x)燃烧器燃烧特性数值分析

借鉴航空发动机燃烧技术原理,设计了一种冶金用燃料分级高速低NO_(x)燃烧器。对比了原型燃烧器与单开A、B两类二级枪的燃烧器对燃烧过程的影响,并对原型燃烧器在5种负荷(100%、80%、60%、40%和20%)及5组不同过量空气系数(0.9、1.0、1.1、1.2和1.4)的炉内燃烧过程进行了数值分析。模拟结果表明:新型低氮燃烧器分级结构设计合理,两类燃料二级枪的组合设计对NO_(x)排放的抑制作用十分明显;燃烧器在不同工况下均能保证良好的燃烧特性,并且能够有效抑制NO_(x)排放,NO_(x)质量浓度均低于65 mg/m^(3)(8%O_(2)体积分数折算);随燃烧器负荷的降低,NO_(x)质量浓度逐渐增加,当提高或降低过量空气系数时,燃烧处于富燃和贫燃两种情况,NO_(x)的生成均会减少。对于该型燃烧器而言,燃烧器负荷控制在40%以上,过量空气系数控制在1.2附近,可以有效的减少NO_(x)的排放。