基于Apros建模的受热面传热因子对超超临界机组运行能耗影响研究

利用Apros软件建立了超超临界机组的仿真模型,将仿真模拟计算结果与实际运行数据进行对比,验证了模型的准确性,详细考察了受热面发生积灰沾污后,受热面传热因子的变化对运行能耗影响。通过改变过热器与再热器传热因子,模拟机组运行过程中受热面积灰结渣导致传热效率降低的情况,探究了其对机组运行过程中能耗特性的影响。结果表明,过热器吸热份额变化对能耗的影响大于再热器吸热份额,随着过热器传热因子降低,再热器吸热份额有所升高,但由于过热器中蒸汽品质高于再热器,使得机组发电煤耗有所升高。在中高负荷运行时,发电煤耗随传热因子变化趋势较为平缓,而在低负荷运行时,随着传热因子的减小,发电煤耗会出现相对较大幅度的变化。在负荷为40%,传热因子从0.975下降至0.95时,发电煤耗存在较大幅度的变化。因此,在机组低负荷运行过程中,随着受热面积灰程度加深,会出现发电煤耗较大幅度增加的情况,同时由于过热器传热因子对能耗影响更为明显,注重低负荷运行过程中过热器吹灰策略的调整,可在一定程度上降低发电煤耗。

板翅式热交换器显热传热因子的计算机算法

在介绍试验求解板翅式热交换器显热传热因子的基础上，提出一种利用计算机求解空气-空气板翅式交换器显热传热因子的算法，并给出了用C语言编写求解算法的流程图；最后对该算法求解显热传热因子进行了验证。

各向异性Kelvin泡沫胞元高径比对其流动传热特性的影响

飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点,孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要。以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象,采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速技术,实现了同时考虑泡沫骨架导热和多胞元孔隙尺度强迫对流换热的共轭传热数值模拟。在上述基础上,分别选取了Re=10、100、1000计算条件,开展了不同胞元高径比(H/D=0.5、0.75、1.0、1.5、2.0)对其流动传热特性的影响规律研究。结果表明,在不同Re条件下,随着各向异性Kelvin泡沫H/D的减小,其泡沫内部的流动阻力及努塞尔数均增大,且随着Re的增大,对流换热的作用增强,H/D的影响也更为明显。此外,相比于流动阻力,结构传热性能受H/D的影响变化速率更大,由此造成综合传热因子(j/f^(1/3))与H/D成反比关系,即减小Kelvin胞元H/D可有效提高泡沫结构的综合传热性能。

基于动态传热模型的反应器温度振荡量热法研究

为研究温度振荡量热法对反应器传热因子(UA)和反应热(Qr)的动态估计性能,基于热平衡理论建立了一种通用的反应器模型,模拟研究了放热工况、夹套介质流速和反应器体积对该方法估计结果的影响,并使用系统的总体时间常数(τ')对振荡量热法适用性进行量化评价。结果表明:温度振荡量热法适用于放热速率平稳的反应过程,建议在5 L以内的小型反应器中应用温度振荡量热技术,对于体积较大的反应器或变化剧烈的放热反应过程,需要增加夹套油液流速以提高τ'的大小。τ'的建议值应小于900 s,随着该值的增加,振荡周期将逐渐延长,反应过程中UA和Qr的整体估计质量也会逐渐降低。研究结果阐明了温度振荡量热法的适用性,对反应器系统的开发有重要意义。

一次表面回热器通道流动阻力与传热增强因子的确定

基于一次表面回热器(PSR)通道的独特构型,提出可以引入增强因子fξ和fk的概念来直观描述PSR通道的复杂流动和传热特点。对典型50 kW微型燃机20∶1 PSR缩比实验件的流动和传热特性进行了测定。根据这种先进热交换器固有的结构和流动特点——冷、热通道的湿边周长lc=lh,冷、热通道的质量流量Gc≈Gh以及流动Reh≈Rec,获得层流下PSR的fξ和fk随流动Re变化的经验计算式。联立增强因子fξ和fk以及已有的小当量直径de≈1 mm通道层流阻力和换热关系式,可以方便地计算PSR的流动和对流换热规律,进而获得PSR的传热系数k,最后快捷完成新型间壁式PSR的热设计分析工作。

Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体对流传热性能及热经济性分析

为了探究管内混合纳米流体单相对流传热性能,实验对比研究了雷诺数为1040~7086范围内体积分数为0.02%的Al_(2)O_(3)-CuO/水(W)混合纳米流体及其相应的一元纳米流体的流动与传热特性。结果表明,纳米颗粒的添加导致在过渡区雷诺数范围提前,在层流范围(1040<Re<1891)内,Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体的Nu数与去离子水相比分别最大增加了32.09%和38.38%;而CuO/W纳米流体由于团聚体尺寸大,流体向前驱动力不足以克服自重易沉积于管内壁,传热效果反而比水差。在紊流范围(4073<Re<7806)内,受向前驱动力及流体分子自身旋转的作用,纳米流体的传热性能明显高于纯水,且混合纳米流体的综合传热性能最佳。综合考虑综合传热性能与经济性因素,在层流与紊流区内最适用于实际工业生产的纳米流体分别为Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体。

风冷散热翅片阻力及传热特性的参数化数值研究

基于齿形、齿距、齿厚等结构参数,对风冷散热翅片阻力及传热特性进行数值研究。研究表明:定风机工况下,翅片参数为齿距1.5mm、齿厚1mm、无打断时,散热效果最优。随着雷诺数增加,各组翅片传热因子、阻力因子、热性能因子(TPF)均减小,表明传热性能以及综合性能降低,阻力性能提高。雷诺数相同时,翅片参数为齿距2mm、齿厚1mm,无打断时拥有最佳的换热性能和综合性能;翅片参数为齿距1mm、齿厚1mm、无打断时拥有最佳的阻力性能。对散热效果、传热和阻力性能要求不同的设计场合,可以选用不同的散热翅片结构。

管带式散热器空气侧传热和阻力特性实验研究

文章采用换热器风洞实验,对22种不同结构参数的矩形波纹翅片管带式散热器进行传热和流动阻力性能实验,选用361组工况点的实验数据,经过多元线性回归,获得适用于矩形波纹翅片散热器空气侧传热因子j和摩擦因子f的计算模型,预测散热器的传热和阻力特性。研究结果表明,雷诺数在400~3840范围内,换热器空气侧散热量、压降的计算值与实验值之间最大相对误差分别为9.14%、10.05%,标准误差分别为8.62%、3.75%,计算值与实验值之间吻合性较好。

扇形穴-梯形肋微通道散热器层流与传热特性

提出了一种新型扇形穴-梯形肋微通道散热器,采用单变量方法从速度、压降和温度方面分别对比了单一空穴或肋与组合结构的性能。基于强化传热因子和熵产最小法对微散热器进行了整体评估。结果表明:空穴和肋的组合使用,使得边界层周期性地中断和再发展,空穴和肋组合的散热效果优于单一的肋或穴。在雷诺数(Re)为1 300时,强化传热因子为1.535 4,远高于梯形肋的1.355和扇形空穴的1.28。熵产分析表明,组合结构的不可逆损失最小,这与强化传热因子结果相一致。

复杂结构微通道热沉液体强化传热过程的热力学分析

微通道液体流动与传热是一个典型的不可逆过程,有必要减小传递过程中的不可逆损失大小,提高其有效利用程度,属于'质'的范畴。首先,根据热力学第一及第二定律,推导出了熵产率及热能传输系数,指出降低微通道热沉内液体温度梯度净值可以提高热能的有效利用程度;然后,基于前期的研究基础,设计出新型复杂结构微通道热沉,并模拟其三维流动与传热过程,对比分析微通道热沉结构的变化对熵产率及热能传输系数的影响,结果表明降低流体温度梯度的净值可以减少热能不可逆损失的大小,使热沉底面温度更均匀,有利于延长微电子器件的寿命;最后,由强化传热因子、熵产率及热能传输系数的定义指出用强化传热因子来评价微通道的综合传热性能更合理,而应该用熵产率及热能传输系数来评价能量的不可逆大小及利用程度。总之,热力学第一定律为微通道的综合传热性能提供了评价标准,而热力学第二定律指出了影响微通道内部强化传热的本质因素,二者相互联系,为微通道的优化设计提供热力学理论。

波节形状对波节管结构稳定性和传热特性的影响

针对不同形状的波节管的成形精度、结构稳定性以及传热特性差异较大.通过实验研究、理论校核和数值模拟相结合的方法,重点研究不同的波节形状(波谷圆角半径R和波节高度H)对波节管成形精度、轴向补偿能力、平面抗失稳能力以及传热特性的影响规律.研究结果表明:内高压成形波节管的成形精度随着波谷圆角半径R的增大而提高;波节管的轴向位移补偿能力随波节高度H的增加而增大;抗平面失稳能力和抗疲劳能力随波节高度H的增加而降低;综合传热因子η随着波谷圆角半径R增大和波节高度H的增加均是先增大后减小.综合考虑上述各个因素,对于所研究的内高压成形波节管,当波节高度H为2.5 mm,波谷圆角半径R为30 mm时,波节管具备良好的综合特性.

错列锯齿翅片流动及传热特性的参数化数值与试验研究

采用CD40柴油机油为工作介质，在发动机冷却系统实际工况下，对21种几何尺寸的错列锯齿型不锈钢翅片进行了研究。考察了齿高、齿距、齿开窗宽度、齿厚、齿型角、错齿距对错列锯齿型翅片流动及传热特性的影响，结果表明：在研究参数范围内，齿高为3．2mm、齿距为14mm、开窗宽度为1．5mm、齿型角为70°、齿厚为0．5mm、错齿距为齿距的1／4时，翅片的综合性能最优。通过仿真数据拟合，得到了基于雷诺数和无量纲参数s／h、t／s、t／b的传热因子、摩擦因子的关联式。70％的传热因子试验值与关联式值的相对偏差在±10％以内；摩擦因子试验值与关联式值的相对偏差在5％～15％，可用于该型翅片的选型和前期设计。

波节管管内氦气流动与传热的计算及分析

针对氦气在光管及波节管中的传热特性及阻力特性进行了Reynolds Stress Model(RSM)数值模拟研究。对比了不同结构波节管努塞尔特数Nu和摩擦阻力系数f的变化规律,为了深入研究强化换热,随后又分析了不同结构下综合传热因子η的变化规律。结果表明波距P和波谷半径r对波纹管传热性能、阻力性能和综合传热性能都有一定程度的影响。在雷诺数较低,波距较大,波谷半径较大的情况下,波节管具有更佳综合性能。

国际象棋式空气换热器传热特性与阻力特性模拟

基于Fluent数值模拟软件计算的方法,本文分别对不同板间距的国际象棋式空气换热器传热和阻力特性进行研究.文中以摩擦因子f、传热因子j以及表面功率因子j/f作为换热器性能的评价指标,探究在满足换热性能要求条件下国际象棋式空气换热器的最优板间距.结果表明:随雷诺数Re的增大,摩擦因子f与传热因子j总体呈现减小趋势;表面功率因子j/f整体呈增大趋势且变化幅度较大.通过对模拟结果进一步分析,板间距为5 mm时,该换热器具有较好的传热特性.

人字形波纹板传热与阻力特性的数值模拟和试验研究

对板式低温多效海水淡化技术中的人字形波纹板式换热器进行了单相流换热试验和数值模拟,试验结果表明其换热系数较高,在低Re数下就能达到3000 W/(m^2·K)以上。通过建立三维模型,运用CFD软件对人字形波纹板内部的传热及阻力特性进行数值模拟,研究了波纹倾角β、波高h和波纹间距λ对人字板传热以及流动阻力的影响,模拟结果与试验值误差都在15%以内。数值模拟结果表明,波纹倾角从30°增大到60°,传热因子j约提高60%,继续增大波纹倾角,传热因子反而降低,摩擦因子f随着波纹倾角的增大而增大;波高从3 mm增大到6 mm,传热因子j约提高5%,但摩擦因子f增大1倍;波纹间距从5 mm增大到20 mm,传热因子j约降低30%,但同时摩擦因子f降低70%。建议板式低温多效海水淡化系统的板型参数:波纹倾角60°,波高3~4 mm,波纹间距15~20 mm。

低雷诺数流动错位翅片传热和压降特性的实验研究

通过对油水板翅式换热器进行的性能试验,得到了低雷诺数流动下板翅式换热器翅片侧传热与阻力特性的数据,在此基础上获得了错位翅片传热因子与摩擦系数的准则关系式,传热因子和摩擦系数的最大计算误差分别为0.62%和1.44%。根据这些准则关系式提出了一个衡量翅片质量的经济系数。

汽车换热器翅片传热特性及数值研究

利用SolidWorks三维绘图软件、HyperMesh网格划分工具以及Fluent数值计算软件研究了汽车换热器的翅片传热与阻力特性,分析了翅片高度、翅片节距对翅片传热与阻力特性的影响,得出了翅片传热因子和摩擦因子关于雷诺数以及翅片结构参数的计算关联式,对于实现换热器的高效设计,减少设计周期及成本,以及对汽车换热器的研究和行业的发展具有一定的参考意义。

转向区数目和长度对散热器流动传热性能的影响

针对管带式散热器的传热与流阻特性,建立管带式散热器百叶窗翅片的三维流动和换热模型,研究百叶窗翅片转向区数目和转向区长度对散热器流动传热性能的影响.结果表明:当迎面风速一定时,单排管和3排管布置时,散热器传热因子和摩擦因子都随转向区长度与数目的乘积增加而降低;当转向区长度和数目乘积相等时,传热因子与摩擦因子随转向区数目增加而增加;单排管布置时,转向区长度为1.5 mm和转向区数目为3个时,散热器综合性能最好;3排管布置时,转向区长度为3.0 mm和转向区数目为3个时,散热器综合性能最好;多排管布置时,转向区长度和数目优化匹配可有效提高其综合性能,缩小其与单排管布置时综合性能的差距.

表面式三段给水加热器简化传热模型

热工系统的数值模型一直以来难以在实际生产过程中应用,主要由于模型复杂度高,计算量大,对计算精度与计算效率的要求难以协调。为了提高传统表面式三段给水加热器计算模型的综合性能,该文以疏水冷却段为主要分析对象,根据加热器壳侧水位确定疏冷段有效传热面积,建立了一种简化的给水加热器分段集总参数传热模型,且利用BP神经网络对对流传热系数的计算过程进行了优化。利用某600MW机组运行数据对模型进行了验证,且就计算速度的问题同常规分段参数模型进行了对比分析,结果表明,该模型在保证计算精度满足工程需求的情况下,具有较高的计算效率,且变工况适应性强,满足大型火电机组加热器实时性能监视的要求,大大提高了相关复杂系统传热模型的实用性。

超临界CO_(2)板式扩散焊矩形微通道换热器扰流格栅结构优化研究

为提升超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环系统中印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)的流动传热综合性能,该文通过数值模拟的方法,基于一种全蚀刻工艺的新型矩形截面PCHE,建立以冷热通道换热单元为研究对象的数学物理模型。研究不同运行工况下,通道内扰流格栅间距对S-CO_(2)流动传热特性的影响机理和影响规律。结果表明:不同格栅间距的热通道内S-CO_(2)的流速均沿程逐渐减小,而冷通道内S-CO_(2)的流速反而沿程逐渐增大。冷热通道内的流动摩擦阻力系数(f)和努塞尔数(Nu)均随着格栅间距的增大而逐渐增大,但不同格栅间距的冷通道内的f和Nu均大于其对应的热通道内的f和Nu。当格栅间距为5.97 mm时,矩形截面通道具有相对最优的综合性能,可以在阻力损失较小的情况下实现强化换热。研究结果可为全蚀刻工艺矩形截面PCHE的性能提升和结构优化提供理论依据和数据支撑。