环形CW型原表面回热器通道流动换热及熵产特性分析

着眼于提升临近空间可重复使用航天器的能源利用效率,文章探究环形CW型原表面回热器通道流动换热与熵产特性。以其换热单元体为研究对象,采用k-ε湍流模型和周期性边界条件,通过分析回热器流道出口截面的速度和温度参数分布,讨论了冷热侧进口参数(雷诺数、温度)对回热器流动特性与换热性能的影响。结果表明,增大雷诺数会使冷热侧出口截面温度降低、速度提升,形成中心涡,使流道侧壁摩擦阻力及压力损失增大,导致回热器换热性能下降。熵产分析验证了此结论:随雷诺数增大,换热单元总熵产率增大。雷诺数不变时,改变冷热侧进口温度,结合面优度系数和总熵产率的综合变化,得到回热器的最佳工作温度为燃气进口温度874.8 K、空气进口温度485.6 K。

交错波纹板原表面换热器通道内对流换热的数值研究

对具有正弦波形通道交叉排列的原表面换热器多通道单元内三维稳态层流流动与换热特性进行了分析,利用数值模拟方法探讨了上下波纹板交错角θ、波纹相对节距P/H(波长/波高)及雷诺数Re对流动与换热性能的影响.结果表明:在入口段流动与换热性能的变化较大,此变化在沿主流方向第4个单元后基本消失;在水力直径基本相同的前提下,阻力系数f及平均努谢尔特数Nu随θ的增大而增大;f及Nu在P/H为1 5～3 1的范围内随P/H的增大而增大,在Re大于900及P/H为3 1～4 0时随P/H的增大却开始减小;壁面局部Nu的最大值发生在主流尾部以及与流体出口邻近的2个入口处附近,最小值在上下波纹板的接触点上产生.

微型燃气轮机CW原表面回热器流动与换热的试验研究

本文试验研究了交错波纹(Cross Wavy,简称CW)原表面回热器在低雷诺数范围内的流动与传热性能,通过对燃气进、出口不同测点温度测量,研究了燃气不均匀性对换热性能的影响,采用等流量法从总传热系数k中分离出两侧表面传热系数h,获得了有工程应用价值的Nu-Re及f-Re准则关系式。

原表面回热器换热阻力特性试验研究

本文对研制加工的适用于100 kW微型燃气轮机的CW(Cross Wavy)原表面回热器进行了试验研究,通过对两侧流体进、出口温度、压力等的测量,重点分析了燃气流量、入口温度及空气进口压力变化对换热阻力的影响,得出了在变工况下回热器的流动与换热性能规律,结果表明:所研制的CW原表面回热器空、燃气两侧换热均匀,提高了换热效率,两侧压降都有不同程度降低,并得出了有工程应用价值的Nu-Re及f-Re准则关系式,可为原表面回热器的设计制造提供参考。

CC型原表面回热器传热与流动数值模拟

对CC型原表面回热器的主换热面附近流场和温度场进行了三维数值模拟。结果表明,传热的强化程度与流动阻力的大小取决于螺旋型二次流动的强弱,影响机理是螺旋型二次流动强烈影响流体的混合和边界层的发展。针对低雷诺数范围流动,通过比较不同结构尺度和换热面布置时传热和流动特性,对换热表面进行了设计优选。

微型燃气轮机圆筒原表面回热器的性能试验研究

对微型燃气轮机圆筒形原表面式回热器的传热与流动性能进行了试验研究.利用计算机控制检测传热性能试验台对该回热器在①两侧流量相等、改变两侧温度及②固定两侧温度,改变系统质量流量的情况下进行了传热性能和阻力性能试验.结果表明:随着质量流量的增加,回热器的传热系数增大,传热量逐渐增加,回热器的两侧压降也增大;在等流量时,回热器两侧的压降有所不同,高压低温侧压降比低压高温侧压降大,但低压高温侧压降增加较快,因此在设计回热器时必须重视两侧压降的变化情况,根据试验结果得出了传热和阻力随工况改变的变化趋势.

CW原表面回热器的芯体内流动与传热数值模拟

为了进一步优化微型燃气轮机中回热器的结构,本文对小燃气轮机CW原表面回热器的芯体结构内的流动与传热规律进行了三维数值模拟。结果表明,当回热器的空气总流量和燃气总流量一定时,回热器芯体内的压损和回热度随着波纹板层数的增多而降低;增大燃气进口面积与空气进口面积比可使回热度增加,空气侧压损增加,燃气侧压损减小。模拟结果为CW原表面回热器的进一步优化设计提供了参考依据。

微型燃气轮机用CW原表面回热器蠕变分析

高效紧凑式微型燃气轮机用原表面回热器,长期处于高温高压工作环境,换热片材料会随着工作时间延长而发生不可恢复的塑性变形(即蠕变).发生蠕变后,气流通道变形严重,气流流通不畅,甚至会造成换热片破裂,导致回热器报废.本文应用隐式蠕变Norton方程分析了CW(Cross Wavy)原表面回热器在工作条件下运行40000 h后的蠕变情况,验证了换热器材料的可靠性,发现空气和燃气通道的压差是产生蠕变的主要原因,并提出了合理的压差范围和有效预防蠕变的通道结构型式,通过对不同材料蠕变情况的对比,建议回热器应选用含有抗蠕变金属Nb的不锈钢材料制造.

一次原表面型换热器传热性能的数值模拟

应用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,以周期性的单元控制体为模型,对一次原表面错流型换热器内三维稳态层流流场进行了数值模拟,分析了不同流动条件下控制体的传热和阻力特性,并与实验值进行了对比,结果表明,数值模拟结果与实验值符合得较好.在对速度场和温度场分析的基础上,研究了结构参数对传热性能的影响关系,为该类换热器的设计提供了可行性的方法和依据.

CC型原表面换热器通道内流动与换热特性的数值研究

交错波纹板(CC)型换热器具有结构紧凑、换热效率高等特点,可满足间冷回热循环涡扇发动机对间冷器的要求。数值研究了CC型原表面通道内三维流动及换热特性,探究了上下波纹板交错角(θ)及雷诺数(Re)对流动损失的影响,表明阻力系数f随θ的增大而增大。详细研究了θ为90°时波纹板通道流动损失及换热特性,表明努赛尔数(Nu)随Re的增大而增大。θ为90°时,f、Nu的数值计算结果与文献结果较为接近。

CW原表面通道流动和传热性能的数值模拟

CW原表面通道是目前原表面回热器商业化应用最广泛的一种传热通道,其截面形状对其性能具有重要影响。文章针对原表面回热器单元流道内的流动与传热问题进行数值分析,首先,对CW原表面回热器的不同截面形状单元体建立三维数值模型并生成网格。然后在低雷诺数(Re=50~600)范围内以周期性边界条件模拟其单元内部的流动换热情况,对2种不同波纹表面形状参数的流道内的流动与换热特性进行了数值分析,结果表明,圆形与矩形截面的换热表面的平均努塞尔数Nu都随着雷诺数Re的增加而增加,但当量摩擦系数f都呈减少的趋势;两种结构中,矩形原表面的综合性能较好。

交错波纹型线对原表面通道传热阻力性能的影响

原表面换热器是微型燃气轮机系统的关键部件之一,其传热和阻力性能对系统效率具有重要影响。采用有限容积法和低雷诺数k-w湍流模型,分析了波纹几何结构参数对交错波纹原表面通道的流动和传热性能的影响。计算结果表明:波纹几何参数对交错波纹原表面通道的阻力系数有显著影响,而对努塞尔数的影响较小,横向和流动方向波纹周期以及变量b对综合性能都有显著的影响;当波纹板的波纹变得更加陡峭时,波谷附近区域的速度边界层更薄,温度梯度更大。

微型燃气轮机CW原表面回热器芯体内传热及阻力特性分析

建立微型燃气轮机CW(交叉波浪型,Cross Wavy)原表面回热器三维周期性充分发展数值计算模型,对芯体内传热和阻力特性进行了分析,确定了质量流量和温度水平对换热量及压降的影响,给出了CW原表面芯体板内阻力、传热因子以及努塞尔数与雷诺数之间的经验关联式。传热及阻力性能分析结果表明:随着雷诺数的增大,回热器芯体单元传热系数增大,传热量逐渐增加,并且随着低压高温烟气侧的进口温度升高,传热量增加幅度增大;回热器芯体单元回热度随雷诺数的增大而减小,随燃气进口温度升高而减小。

基于Kriging模型的CW型原表面换热单元体优化设计

CW型原表面换热器作为可应用于微型涡轮动力装置的一种换热器型式,目前还没有公认的设计准则。代理模型优化设计是一种效率高、应用广泛的设计方法,本文引入该方法开展原表面换热器的设计工作。本文采用拉丁超立方试验设计方法在设计空间进行取样,结合Kriging代理模型与多目标优化遗传算法NSGA-Ⅱ进行优化设计。经验证,最终得到的原表面换热器效能可达到86.3%,通道总压恢复系数均达到96%以上,均能满足设计要求,且换热器单元体内部没有出现流动恶化,故将代理模型优化设计应用于CW型原表面换热器的设计是可行的。

微型燃气轮机回热器换热表面的对比研究

采用高效紧凑式换热器是近年来微型燃气轮机发展取得成功的关键技术之一。本文在燃机参数给定情况下,通 过对三种换热表面进行热力计算和分析,结果表明,CC原表面在紧凑式换热器中具有较强的应用潜力。此外,还就温差 对压损的影响及燃气旁通量对回热度的影响进行了研究。

提高轻量涂布纸表面强度的措施

通过调整湿部电荷、调整打浆工艺、提高原纸的内部施胶、增设预压光、在网部施加喷淋淀粉,提高了原纸的表面强度;通过改善涂料配方、调整涂布原料类型、提高分散机转速、调整纸幅进涂布机的引纸角度、解决涂料分布的均一性,提高了涂层的表面强度。

牛奶枕包用原纸印刷后覆膜牢度差的分析及处理

牛奶枕包用原纸经印刷后覆P E膜复合牢度差,经分析系原纸表面吸水性低、透气度低、孔隙率低,使纸张吸墨性不良印刷后油墨干燥速度慢,油墨与纸张附着力差,造成淋膜时P E膜复合牢度差。生产原纸时通过打浆度的调整、表面施胶剂的改善、施胶剂用量的控制和抄造时的操作工艺调整处理,解决了原纸印刷后P E膜复合牢度差的问题,满足了产品要求。

CC型通道波纹相对节距对流动与换热特性的影响

在三维空间上对CC(Cross corrugated)型原表面换热器通道内流体的流动与换热特性进行了数值模拟.通道表面为正弦型曲面,上、下波纹板交错角固定为60°,节距与高度的比P/H取值范围为1.5～4.O.结果表明:当雷诺数Re约大于100后,各通道在中平面处产生的旋涡所形成的螺旋型自由剪切层开始变得不稳定,加强了流体间的混合;Re在约100～500的范围内,随P/H的增大,阻力系数f和平均努谢尔特数Nu增加,当Re继续增加(约大于2000)时,以P/H=2.2为界,P/H对f及Nu的影响呈相反的趋势变化;在适中的Re范围内,不同表面均可获得较好的表面性能,且随P/H的增大,获得最佳表面性能的Re减小.

微燃气轮机环型回热器数值模拟及实验研究

基于层流的假设运用计算流体动力学方法对微型燃气轮机环型回热器交错波纹原表面通道两侧流体耦合换热与流动特性进行数值模拟及实验研究.结果表明,数值计算结果和实验结果之间的误差在允许的范围内.在此基础上,通过改变通道结构进一步研究其传热及流动特性,为回热器设计提供参考.

微型燃气轮机回热器通道流动特性数值模拟

对C(WCross-aWvy)原表面几种不同导流段进、出口距离比(Li/Lo)的单周期通道流动特性进行数值模拟,在试验中无法观测到的信息,重点分析单通道不同区域段的压降情况。研究表明:对于进入换热板的每股流体无论进入哪个通道,经过整个换热板的总流程总是相等的,不同通道流动分布情况趋于一致,通道流动总压降最大相差不超过0.51%。空气在单通道内流动,压降较大值发生在入口导流区与波纹区过渡区,此处过渡段压降值约占整个通道总压降的20%,降低空气侧的压降必须更加合理地设计优化入口过渡区的结构。通过计算还发现,从第5个单元开始,流动分布不受入口段影响,压降亦不再受流动单元个数的影响而趋于恒定。