强化换热管冷却壁传热分析及结构优化

强化冷却水管的换热,对提高冷却壁的传热性能、延长冷却壁使用寿命有重要意义。利用Fluent数值模拟研究了丁胞管、螺纹管、扭曲椭圆管3种强化换热管对冷却壁换热性能的影响,并对强化换热管结构参数进行了优化,建议丁胞管结构参数设定如下:丁胞纵向间距为40 mm,径向丁胞数为4,丁胞半径为2 mm;螺纹管结构参数设定肋条数为4,肋高为1 mm,肋宽为5~7 mm,导程为25~40 mm;扭曲椭圆管结构参数设定导程不大于100 mm,短长轴之比取0.4~0.6。对比分析实验结果表明:螺纹管和扭曲椭圆管对冷却壁强化换热效果较好,丁胞管较差,扭曲椭圆管可以在水管压力损失较小下实现较好的强化换热效果。

基于真空管的无水冷微波消融针的设计

为减少组织碳化,提高微波消融治疗的有效性,本研究根据现有水冷法的原理,设计了一款基于双层不锈钢真空管的无水冷微波消融针。利用离体猪肝实验,验证了真空管隔热的有效性;根据有限元仿真方法建立了微波消融仿真模型,并通过实验验证,达到了更好的消融效果。仿真和实验结果表明,无水冷真空管微波消融针无消融尾迹;与传统带水冷的消融针相比,在相同剂量下,无水冷真空管可得到更大的消融区域和更小的碳化区域。本研究证明了真空管用于无水冷消融的可行性,可为后续设计微波消融针提供新的思路。

基于有限元模拟的水平连铸TP2铜管坯一次冷却结构优化研究

对比多种结晶器结构下温度场、速度场等分布状态及石墨模具内部温度变化趋势,探究其对铜套、石墨模具等易损件及铜管铸坯温度变化的影响。结果表明,在一次冷却结构增设12道Φ10 mm且倾斜角度为30°的流槽,可使冷却水流态平稳均衡,铜套受热均匀,有利于铸坯周向同时凝固。本文通过有限元软件模拟铜管水平连铸过程一次冷却结构优化对温度的影响,为生产企业改善产线冷却效果,提高产品质量,降低模具成本和延长使用寿命,提供了实验参照和理论指导。

非均匀散热管对中冷器流动均匀性的影响

为了解决中冷器内部气体流动均匀性差的问题,提出了非均匀散热管中冷器。基于非均匀散热管设计了非均匀散热管中冷器,采用计算流体力学(CFD)方法对非均匀散热管中冷器的内部流动均匀性进行了研究。结果表明:在不改变中冷器气室的情况下,使用非均匀散热管能有效提高中冷器内部流动均匀性;非均匀散热管中冷器与传统中冷器相比,均匀性系数提高2.45%~3.51%,中冷器整体压降增加约7%。

锅炉水冷壁管泄漏失效分析

针对某企业锅炉运行期间水冷壁管发生纵向开裂泄漏的问题进行了研究分析,在对取样的水冷壁管宏观形貌分析、化学成分分析、显微组织分析以及机械性能检测的基础上,结合锅炉的服役运行情况研究了水冷壁管泄漏失效的原因。水冷壁管因长期过热导致材料性能老化,最终发生了蠕变开裂引起泄漏失效。根据分析结果,提出了对应的解决方案和预防措施,避免同类型失效现象对锅炉安全运行的影响。

基于Zukauskas关系式的预冷发动机进气道流动特性研究

为了研究预冷发动机进气道流动特性,以二维变几何轴对称进气道为研究对象,利用Zukauskas横掠管束绕流关系式,对进气道流场展开了数值仿真研究,探究预冷器的冷却效应及换热管直径对进气道流场、性能的影响。结果表明:Zukauskas关系式能较好地预测气流在预冷器管束间的流动损失;经过预冷后,涡轮通道总温大幅下降,但总温分布不均匀,温度梯度明显,对流换热对上游流体总温产生的影响很小;在Ma_(∞)=2~5飞行工况下,换热功率随着飞行马赫数的增加而增大,涡轮通道的出口总温较预冷前降低了22%~60%,出口马赫数降低了17%~51%,反压比增加了10%~26%,总压恢复系数增加了3%~8%;当预冷器的管径从1 mm增大至2.5 mm时,涡轮通道出口速度降低了16.5%,反压比降低了1%,总压恢复系数呈现先下降后上升的趋势。将虚拟预冷器管束排布方式改为顺排,预冷器的换热功率下降,出口总温上升,涡轮通道的出口速度上升了11%~30%。

超临界甲烷在矩形通道内传热特性研究

为探究重力对单侧受热情况下矩形再生冷却通道换热性能的影响,采用RNGk-ε湍流模型对超临界压力下甲烷在矩形弯曲管内流动和传热性能进行研究。考察了4种受热情况下重力对内壁面温度、传热系数和热流密度等参数的影响,并引入综合换热评价因子(PEC)着重分析了重力对强化换热能力的作用。结果表明,在直管段重力的存在使管道内形成二次流动,流体间掺混加剧,管道传热性能提升,但在部分弯管段重力使传热性能略微降低;θ=90°时,4种加热工况下传热系数均出现峰值,从无量纲数的分布得知,通道传热能力达到最优,且无重力管道更为显著;通过对比PEC因子,发现重力使再生冷却管道整体换热性能增强,上壁面受热时更为明显。

双温区脉管制冷机的制冷量主动调控策略

针对空间探测中须在双温区提供不同制冷量的新需求,提出利用声功回收主动调相器对双温区制冷量进行主动调控的方法.研究分析高温区调相器活塞运动特性对双温区冷指阻抗的影响,得到调相器对双温区冷指声功率分配及回热器效率的影响特性,实现80 K和40 K双温区制冷量主动调控.数值计算结果显示,调相器相位差对高温区制冷量影响较大,调相器振幅和相位差对低温区制冷量均有明显的影响.实验结果表明,采用基于主动控制调相器活塞运动特性的调节策略,80 K温区制冷量可以在9.2~23.7 W内主动调节,40 K温区制冷量可以在3.2~4.5 W内主动调节.

多算法融合的超临界W火焰炉水冷壁壁温预测模型研究

针对某火电厂水冷壁在深度调峰背景下易发生拉裂而需对水冷壁管间温度梯度进行监控的问题,构建了一种基于PCA-SSA-LSTM多算法融合的预测模型,实现对易拉裂管附近水冷壁管出口壁温的有效预测。为改善模型的预测性能,依据壁温计算理论选取17个输入参数,使用PCA法进行降维处理;采用SSA算法优化PCA-LSTM预测模型超参数,得到最优PCA-SSA-LSTM壁温预测模型。通过与其他预测模型对比发现,融合模型的决定性系数(R2)值有一定程度的增大,均方根误差(RMSE)及平均绝对百分比误差(MAPE)有不同幅度的降低。实际应用表明:建立的多算法融合模型可有效提高多管出口壁温预测精度,能作为电厂DCS监测系统的补充,预警危险壁温,降低因管间大温差造成的水冷壁拉裂风险。

钠冷快堆堆内构件用奥氏体不锈钢无缝管的开发

采用真空感应+电渣重熔+均质化热处理+锻造+热挤压+冷轧工艺实现了钠冷快堆堆内构件用TP316H不锈钢无缝管的国产化,并检验了产品表面质量及尺寸、化学成分、金相组织、室温-650℃的拉伸性能、室温冲击及硬度、高温持久性能等。结果表明:该TP316H不锈钢无缝管表面质量良好,尺寸精度高;化学成分完全可控,纵向平均晶粒度约为5.5级,非金属夹杂物级别极低,铁素体含量为0,钢质纯净;室温及高温力学性能优异,耐晶间腐蚀性能优良,完全满足钠冷快堆堆内构件的工况运行要求。

浅析板管蒸发冷却式无霜空气源热泵及其设计应用

在常规板管蒸发冷却式冷水机组设计的基础上,借鉴了热源塔热泵系统使用防冻液喷淋的防冻措施原理,将其应用在板管蒸发冷却式冷热水机组上,并对板管蒸发式换热器及系统进行设计改进,使其适用于冬季制热工况,从而形成板管蒸发冷却式无霜空气源热泵机组。机组夏季采用板管蒸发式换热器作为冷凝器,相比于空气源热泵降低了冷凝温度,提高了系统的性能系数。冬季使用防冻液喷淋,设备运行无除霜循环,系统供热稳定,大大提高了室内侧的热舒适性。试验研究了不同溶液再生方式下的机组性能,结果表明:利用过冷热再生模式进行溶液再生时机组性能最优,在制热量不衰减的情况下性能系数仅下降了2.5%~5.1%。机组适用于夏热冬冷地区及部分纬度较低的寒冷地区。

铜管坯水平连铸水冷调控与实验分析

为实现传统铜管坯水平连铸水冷控制系统在线自动化精准控制,提高生产质量与精度,改善管坯组织性能,对现有铜管坯水平连铸一冷水控制进行分析。采用程序设计和物理实验验证的方法,开展了基于可编程逻辑控制器(PLC)闭环策略下石墨结晶器冷却水量自动控制的相关研究。实验结果表明,基于闭环控制逻辑的自动水冷控制系统可以将流量波动控制在±0.5 L/min范围内,离散系数为2.68×10^(-3),明显小于传统水冷控制系统,铜管坯水平连铸一次冷却水闭环控制系统可以实现连铸过程的精确控制。

单排冲击孔的冲击/气膜复合冷却结构火焰筒壁温分布

针对单排冲击孔的冲击/气膜复合冷却结构火焰筒建立一维壁温计算程序,对火焰筒一维壁温进行计算分析,通过示温漆测温法和热电偶测温法获得了高温高压下该火焰筒壁温分布规律和最高壁温值,并将试验结果与计算结果进行对比分析。结果表明:计算结果与试验结果吻合较好,该计算模型可有效评估冲击/气膜复合冷却结构火焰筒壁温分布趋势;将冲击孔布置在气膜段末端可有效降低该处壁温,从而控制最高壁温值;单位面积冷却气量对冷却效率有重要影响;火焰筒壁温分布较均匀,最高壁温低于材料长期许用工作温度。

池式铅冷快堆SGTR事故多组分多相流动过程数值模拟研究

本研究使用欧拉坐标下的多组分多相分析程序ACENA,首先介绍了ACENA程序的基本数学物理模型,然后通过铅铋-氮气两相流动实验HESTIA-2、KYLIN-Ⅱ-S铅铋-水相互作用实验和点堆中子动力学方程解析解,对程序热工水力模块和中子动力学模块进行了验证计算,在此基础上,针对欧洲先进铅冷示范堆ALFRED的设计方案分别开展了热态满功率稳态校核计算和假想无保护蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故瞬态模拟,重点关注了SGTR事故后铅池内多相流动过程以及包壳最高温度、燃料最高温度、堆芯相对功率以及主容器压力等参数的演变,并分析了断管数量、铅冷却剂循环路径以及所采用的机理模型等影响因素对ACENA程序计算结果的影响。本文研究结果表明,Ishii-Chawla-Suzuki相间曳力系数模型结合Ishii等提出的相间界面面积浓度输运模型能够较好地模拟圆形/环形铅铋流道中上升气泡的扩散迁移特性;通过对KYLIN-Ⅱ-S实验的模拟说明ACENA程序能够较为合理地预测熔融铅基合金-水相互作用过程中,铅池内压力波动和温度瞬变等现象;ACENA程序对ALFRED堆稳态满功率下关键热工参数的计算结果与国际认可的一维系统程序TRACE/FRED的计算结果基本一致,证明了ACENA程序全堆级计算结果的可靠性;对ALFRED堆假想SGTR事故的计算验证了ACENA程序对铅冷快堆SGTR事故下复杂多组分多相流动现象的模拟能立,且计算结果表明合理设计一次侧冷却剂循环路径、尽可能降低管道破损数量均对消减铅冷快堆SGTR事故后果具有重要意义。本工作可为我国池式铅冷快堆SGTR事故安全分析提供技术参考。

核电站蒸汽发生器传热管电磁超声导波自动化检测系统设计

蒸汽发生器传热管作为高温气冷堆核电站一回路压力边界的关键部件,承担着热交换及辐射屏障的重要作用,其结构完整性严重影响核电安全运行。针对该类特殊结构传热管的在役检查难题,设计了专用的电磁超声导波自动化检测系统,研制了内置单点检测式的磁场增强型电磁超声导波探头,开发了采用模块化组件的五轴联动多自由度自动运载装置,提出了基于机器视觉的管孔动态定位方法,建立了蒸汽发生器全尺寸模拟体试验平台并开展了定位精度测试与缺陷检测试验。试验结果表明所设计的自动化检测系统可实现任意位置目标管孔的高精度定位及自动行走,可识别模拟体上异种钢焊缝处与距离检测端约60 m处的刻槽缺陷,有效检测范围覆盖传热管全长,有望为高温气冷堆核电站蒸汽发生器特殊结构传热管的质量健康评价提供技术支撑。

单管多翅片排管蒸发器结构优化的数值模拟研究

为解决单管双翅片排管蒸发器翅片效率低、降温速率慢和原材料消耗量大的问题,通过模拟分析翅片间夹角对传热性能的影响,得到单管双翅片和四翅片的降温时间、温度场、速度场、传热系数和制冷量指标。结果表明,四翅片排管蒸发器下部翅片夹角越大,传热效果越好。单管四翅片排管蒸发器1的传热系数最大,相对于单管双翅片排管蒸发器提高了13.4%;单管四翅片排管蒸发器1的单位管材制冷量最高,相对与单管双翅片排管蒸发器提高了38.6%。研究为单管多翅片蒸发器结构优化提供了支撑。

零下低温降温平衡对辽宁绒山羊细管冻精品质的影响

在制作辽宁绒山羊细管冻精时,降温平衡是重要的技术环节。为了提高辽宁绒山羊细管冻精质量,试验将降温平衡的温度范围设定为-1~-2℃低温,并利用这种低温降温平衡方法制作细管冻精(试验组),与利用常规降温平衡(温度0℃)方法制得的细管冻精(对照组)进行了品质(原精活力、冻前活力、冻后活力、冻后37℃存活时间、精子畸形率)比较;选取3~5周岁、1.5~2.5周岁、10~12月龄母羊,将每个年龄段母羊分为试验组和对照组,其中试验1,2,3组的细管冻精采用低温降温平衡方法制得,对照1,2,3组的细管冻精采用常规降温平衡方法制得,分别比较试验1组和对照1组、试验2组和对照2组、试验3组和对照3组母羊的情期受胎率。结果表明:试验组与对照组的原精活力、冻前活力、精子畸形率间差异不显著(P>0.05),试验组冻后活力和冻后37℃存活时间显著高于对照组(P<0.05);试验组母羊情期受胎率均高于对照组,其中试验1组显著高于对照1组(P<0.05)。说明在制作辽宁绒山羊细管冻精时可以将降温平衡的温度设定为-1~-2℃,有利于提高细管冻精的质量和情期受胎率。

基于真空管技术的无水冷微波消融针设计研究

微波消融技术是一种广泛应用于医疗和材料加工领域的高频电磁波技术,其工作原理基于微波能量的聚焦释放,以达到局部加热和组织破坏的效果。传统的微波消融设备依赖于水冷系统来控制设备和目标区域的温度,防止过热。然而,水冷系统的存在限制了设备的迷你化和柔性设计,增加了复杂性和成本。真空管技术作为一种成熟的高频电源技术,具有出色的耐高温和高功率特性,使其成为探索无水冷微波消融系统的理想选择。文章详细介绍了基于真空管技术的无水冷微波消融针的设计与开发过程,包括理论基础的梳理、设计方法的具体实施及通过实验研究验证设计的有效性,旨在提供一种更高效、更安全的微波消融解决方案。

600 MW直接空冷系统智能在线测温系统设计

目前直接空冷系统运行中存在的一些问题亟需解决,如横向大风对空冷系统的影响;热风回流现象对空冷系统的影响;空冷管束的脏污情况对空冷系统性能的影响;冬季空冷系统管束的防冻及经济运行等问题。当前各发电厂对节能工作非常重视,其中空冷系统存在很大的节能空间,因此需要开发一套可进行大面积管束测温的系统来实时监测管束温度情况,根据管束温度分析空冷系统的运行状态,对于运行过程中出现的异常情况可以及时预警并提前动作,为空冷系统安全经济及节能运行提供保障和手段。基于空冷系统实际运行需求及目前已有的在线测温设备情况,采用DS18B20测温传感器的方案,开发一种成本低、可大面积布置、易于安装和更换的智能在线测温系统。该系统不仅具备数据分析、报警、趋势显示等功能,还能与主机DCS系统联动达到整体控制功能和效果。介绍了系统整体方案,简单论述设备间的通信机制及软件组态编程。

间接空冷翅片管束临界防冻特性及防冻裕量研究

间接空冷翅片管束目前缺乏全面的冬季防冻运行参数。为此,首先凝练了管束防冻模型,包括热平衡方程、水侧和空气侧输运准则方程、防冻约束条件;其次依托典型顺逆流式空冷翅片管束,分析了2类管束临界防冻特性和防冻裕量;最后探究了中间型、左侧型、侧面型进水方式管束的临界值特点。结果表明:环境温度和入口水温降低、风速增加,管束防冻流量增加,且入口水温越低,风速影响更突出;逆流式管束防冻性能劣于顺流式管束,随风速增加或入口水温降低,二者差异扩大;入口水温抬升对防冻裕量影响分为3个梯次,为显著增加区间(0℃, 10℃]、变化缓慢区间(10℃, 20℃]、基本不变区间(20℃, 40℃],不可一直增加入口水温来防冻;中间型管束防冻性能优于左侧型和侧面型,空冷燃煤火电或核电机组应优先选用。研究结果可为我国空冷机组冬季防冻运行提供指导。