熔盐堆用U型管壳式换热器的传热与流动特性模拟分析

为更好地理解和掌握熔盐换热器的运行特征,并给熔盐堆中换热器的设计和运行累积经验,本文以美国橡树岭国家实验室10 MWt熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)用的主换热器为研究对象,基于该换热器的设计参数,应用管壳式换热器的理论计算方法(包括Kern方法和Bell-Delaware方法)、换热器设计软件HTRI Xchanger Suite和计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)对换热器的关键性能指标(如换热系数、压降和换热功率)分别进行了计算分析,并与MSRE主换热器的实验数据进行比较分析。结果表明:两种理论计算方法(Kern方法、Bell-Delaware方法)、HTRI软件及CFD仿真模拟的结果与实验结果的差异均在可接受范围内。其中,Kern方法与MSRE实验所得的换热量相差最大,约为15%;HTRI软件模拟与MSRE实验所得的总换热系数相差最小,为0.16%。理论计算方法、换热器设计软件及CFD仿真均在不同程度上适用于熔盐-熔盐换热器设计,且CFD仿真还可以对换热器内部传热和流动细节进行直观描述。

高温熔盐印刷电路板式换热器的热工水力特性研究

印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)换热效率高,结构紧凑,可作为小型模块化熔盐堆热量传输的关键设备,对其流动换热特性的研究具有重要意义。采用数值模拟方法,以翼型通道的熔盐(FNaBe)-氦气换热器为研究对象,通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟计算对其熔盐侧的传热特性和阻力特性进行对比分析,分别得到不同温度、翅片类型和不同节距结构下的熔盐(FNaBe)-氦气换热器的流动换热特性,并与传统直通道结构对比进行综合评估。研究结果表明,数值模拟的计算结果与实验结果对比符合较好,翼型翅片流道结构相较于直通道结构能够强化传热、降低阻力,其中节距为8 mm的NACA0025翼型翅片流道结构的流动传热特性最好。本研究建立的数值模拟方法能够用于印刷电路板式换热器的流动传热特性的预测,拟合出节距为8 mm的NACA0025翼型翅片结构的经验关联式,为后续换热器的设计提供理论基础。

基于流热固耦合的U型管式熔盐换热器温度场与应力场分析

熔盐换热器因其系统压力低、运行稳定以及经济性能好等特点在太阳能、核能和高温制氢等领域得到广泛应用。由于熔盐运行温度高,冷热流体温差大,导致熔盐换热器主要部件中产生的热应力不可忽略。本文采用流热固耦合方法分析U型管式换热器的温度场与应力场,首先运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析获取了换热器主要热性能参数,并与实验结果进行对比,最大偏差约3.07%,验证了CFD流体仿真结果的准确性。在此基础上,对熔盐管壳式换热器运行工况下的传热过程进行了详细分析,获得换热器流场和温度场。最后,通过Ansys workbench有限元软件计算得到由流场、压力场和温度场耦合产生的应力场,并着重分析了与换热管及壳体相连接的管板的应力分布,给出了管板最高应力值及某些路径的应力变化规律。结果表明:应力较大的部位发生在管板的布管区与非布管的连接区域,位于近壳侧的换热管内壁处,距离管板下端面约2 mm的位置。可为熔盐换热器实际运行和结构设计提供重要参考。

熔盐-气体换热器传热性能的实验研究

利用搭建的熔盐换热器传热性能实验系统,对一台熔盐-气体换热器试件进行硝酸盐-空气、硝酸盐-氦气两组传热特性实验,并采用修正的威尔逊法分离相应的管程和壳程对流换热系数。实验分析表明:实验系统能够可靠地完成熔盐-气体换热器换热性能的测试实验;熔盐-气体换热器的传热性能受气侧传热能力的影响,采用传热能力强的气体介质和强化传热措施可提高熔盐-气体换热器的性能;Gnielinski公式同样适用于熔盐在光滑圆管内过渡和湍流流动传热的计算。

螺旋管式熔盐-氦气换热器对流传热试验研究

对一台螺旋管式熔盐-氦气换热器进行试验研究,并利用威尔逊法对试验数据进行处理,获得螺旋管式换热器用于熔盐-氦气对流传热的传热准则关系式。将关系式与经验公式对比分析,结果表明螺旋管式换热器在管程和壳程均能提高工质对流换热系数,同时为熔盐-氦气换热器的设计提供设计依据。

熔盐横向冲刷管内汽-液两相流传热特性实验研究

以太阳盐为工质,实验研究熔盐横向冲刷管内汽-液两相流的传热特性。分析熔盐质量流速、熔盐入口温度、水侧压力、水侧质量流速、水侧干度对熔盐与汽-液两相流的传热特性的影响规律。实验结果发现熔盐入口温度及水侧干度对熔盐蒸汽发生器的性能影响较大。

熔盐换热器流动传热性能实验系统

熔盐换热器是熔盐传热系统关键设备,其性能优劣影响到系统的安全性与经济性,因此搭建了熔盐换热器性能实验系统。详细介绍了系统的结构及实验原理,并分析实验系统的不确定度,指出了提高熔盐出进口温差是减小系统不确定度的有效方法。对一台管壳式试件进行了熔盐与氦气的传热实验。利用修正的威尔逊法分离了熔盐管程(4800<Re<12000,9.8<Pr<18.9)以及氦气壳程(1000<Re<2000,Pr=0.67)的流动传热实验数据,并与文献结果进行了对比,实验结果与文献吻合良好,验证了系统的可靠性。热阻分析结果表明,熔盐热阻约为管壁热阻的4~5倍,气体热阻约为管壁热阻的46~70倍,气体传热热阻是制约熔盐—气体换热器性能的最主要因素。

熔盐换热器传热性能试验台的研制

研制并搭建了以熔盐作为主要介质的换热系统试验台,该试验台主要由三个回路组成,包括两个熔盐回路和一个气体回路,可实现熔盐-熔盐换热和熔盐-气体换热。该系统是以第四代核反应堆的熔盐堆为背景,用来研究熔盐换热系统的热工水力特性。采用Windows操作系统平台对试验台进行高精度自动控制以及采集数据。分别对不同结构的换热器进行了传热流动的实验,结果表明该试验台系统热偏差满足要求,且实验结果与经验公式吻合,数据可靠,为研究熔盐换热器的科研提供便利。

熔盐单罐释热过程换热器取热方式优选

盘管释热换热器浸没式布置在熔盐单罐蓄热器内可实现低成本的蓄放热。盘管换热器取热方式会直接影响系统的释热性能。通过数值模拟研究了换热器取热方式对单罐蓄热系统释热性能规律的影响,同时分析了释热过程中熔盐侧流场变化。结果表明,换热器上进下出的取热方式能够提高盘管换热器的出口温度、单罐释热功率及释热效率,研究结果为熔盐单罐蓄放热系统设计提供了理论依据。

储能供热熔盐换热器设计及运行特性分析

高温熔盐储热是解决当前能源问题最有效的途径之一,熔盐-水换热器的结构和设计参数对熔盐储热性能有决定性作用。借助HTRI软件对兆瓦级熔盐-水换热器设计进行了详细的设计选型,对相关尺寸进行圆整后,得到熔盐-水换热器的制造尺寸和额定性能参数。在此基础上,通过改变熔盐-水换热器中水流量、熔盐流量,对所设计熔盐-水换热器动态热负荷、熔盐进出口温度、有效平均温差、水蒸气出口温度、面积设计余量、传热系数等性能参数进行了模拟计算。结果表明,所设计熔盐-水换热器能够满足1 MW熔盐-水换热的要求,其动态换热性能符合管壳式换热器的换热规律,设计选型正确,可为今后熔盐换热器的深入研究提供参考。

高温熔盐换热器及应用综述

介绍了高温熔盐在流道中的流动与换热特性及熔盐换热器研究发展现状,对熔盐换热器在能源生产系统(如太阳能热利用)和工业加热系统中的应用进行了述评,分析表明熔盐换热器可应用的领域众多,应用潜力巨大。简要介绍了熔盐桨叶换热器的工作过程及初步的研究工作,数值模拟表明转动换热面导致流动与换热存在明显的不对称性。

熔盐单罐双盘管释热换热器布置方式优选

为了获得单罐内盘管换热器最佳的布置方式,利用数值计算的方法研究相同换热器面积不同盘管换热器布置方式对单罐蓄热系统释热性能的影响规律。结果表明,叉排双螺旋盘管换热器的释热性能优于单排盘管换热器,且内盘管高外盘管低(h_(i)=90 mm,h_(o)=174 mm)的布置方式换热器其释热功率、出口温度以及累计释热量最大。

熔盐换热器管裂失效原因浅析

根据对熔盐换热器管裂失效部位及工况分析 ,判定管裂失效是由于给水中的氧含量超标造成的氧腐蚀所致 ,提出了初步解决办法。

延长熔盐U型管换热器寿命的措施

顺酐生产中氧化反应产生的热量,通过熔盐换热器进行转换.我公司生产顺酐30多年来,熔盐换热器使用过好几种结构型式,但均不够理想.后来设计一种U型管换热器(见图1,但无排污管2).虽然有一定的效果,但也存在一些问题.

塔式太阳能电站熔盐换热器设计发展概述

熔盐换热器作为塔式太阳能熔盐储热发电系统中的一个重要设备,随着太阳能储热发电技术的发展,产生了各种不同形式的设计。从熔盐物性特点和太阳能储热发电技术特点的角度出发,对熔盐换热器设计要点进行了阐述。并通过归纳总结新型换热器技术在熔盐换热器上的应用,来展望熔盐换热器技术的发展趋势。

翅片管式空气–熔盐换热器的数值模拟优化

本文采用FLUENT软件对高温空气–熔盐在翅片管式换热器中的换热进行数值模拟,研究高温空气–熔盐之间的换热与流动特性。在翅片管式换热器的管内走熔盐,管外翅片间走高温空气。模拟主要考察对于不同雷诺数及不同翅片间距下,翅片管式换热器中空气侧的换热和阻力特性。计算结果表明:随着空气侧流速的增加,空气侧表面换热系数有显著增加,而平均阻力系数逐渐减少并趋于平缓。增加空气侧流速可以强化空气侧换热,但是增加流速使得风机的能耗大大增加。在低雷诺数下,翅片表面的换热分布不均匀,换热主要集中在迎风侧,从而使管壁四周换热不均匀,导致管内熔盐形成涡流,从而产生X方向的速度。随着翅片间距的增加,空气侧表面换热系数呈现先增加后减小的变化趋势。

熔盐堆水冷却非能动余热排出系统换热器稳态特性研究

在熔盐堆水冷却非能动余热排出系统中,通过自然循环,燃料产生的衰变热可最终由放置在水箱中的换热器导出。在换热器管内发生蒸汽冷凝过程,而管外则先依靠水的自然对流换热,当水温达到饱和后,热量则依靠水的沸腾蒸发被导出。本文通过对换热器进行设计计算,对换热器的稳态换热特性进行研究。根据系统工作过程建立相应数学模型,使用C++语言编程,得到了换热器的传热性能。结果表明,设计的换热器能够满足换热要求,同时具有一定的自调节性。另外得到了换热器压力、水箱内水质量等参数的变化规律。

顺酐生产中熔盐换热器的密封结构设计

采用固定床催化反应器生产顺丁烯二酸酐的工厂一般均设置废热锅炉——熔盐换热器,其结构如图1所示,其主要技术特性如下:

塔式太阳能光热发电的熔盐换热器选型

塔式太阳能光热发电作为另一种太阳能发电技术，近年来得到了大力发展，但太阳能的间歇性，使太阳能发电系统也出现间歇性运行，影响电网负荷波动和发电效率。为使发电系统能连续稳定运行，需太阳能储热和换热系统，而熔融盐的良好流动性和导热性以及常压下获得高温等特性，使熔融盐在太阳能发电中得到运用。熔盐换热器是太阳能储热和换热系统重要组成部分，本文主要介绍了塔式太阳能光热发电的熔盐换热的选型。

熔盐换热器运行过程中的故障分析及安全措施探讨

邻苯二甲酸酐（苯酐）、顺丁烯二酸酐（顺酐）的生产在我国已经具备相当的规模和生产技术水平，其反应机理主要是利用邻二甲苯（苯）与空气在一定的温度和压力条件下，发生剧烈的氧化反应，生成苯酐、顺酐粗品。我们针对此类装置中的熔盐换热器运行过程中的故障分析及相关安全措施进行探讨。