电晕离子风湿烟羽治理机理研究及计算分析

为分析电晕离子风除湿的机理,探究不同电压下等离子场与流场的分布以及影响收水效果的因素,利用COMSOL软件进行数值模拟,计算了电除雾器一维等离子场,得到了电子与离子的分布规律和空间电荷密度;通过附加体积力的方法,计算了不同条件下离子风的分布情况和变化规律;选取内置层流混合物模型进行两相流模拟,分析电场对电除雾器收集液滴的效果。研究表明:阳离子大量集中在电晕极附近,而阴离子则充满电晕外区,使得电除雾器内大部分区域充满了负电荷;由于阴离子受电场力而形成的离子风,在电除雾器内将空气吹卷至筒壁,而且随着电势差的增大,空间电荷密度越大,离子风速度越大。通过对比施加电场前后除雾器出口液滴浓度,发现离子风使得出口水汽量减少近25.8%,验证了电晕离子风除湿的可行性。     

线-板结构离子风发生器强化通道内对流换热的数值研究

离子风发生器是利用电晕放电引起空气流动的一种装置。利用COMSOL Multiphysics软件建立了基于线-板电极结构离子风发生器的计算模型,对离子风发生器强化通道内对流换热的能力开展了数值模拟研究。针对入口风速、发射极电压、初速度方向以及电极水平间距这4个关键因素进行研究,分析了4种因素对强化换热效果的影响。模拟结果表明:在入口风速较小时,离子风对换热的强化效果更好;当发射极电压较高,离子风射流和主流方向相反时,离子风的扰动作用更剧烈,对换热过程有更加显著的增强作用。而电极水平间距则存在最优值,可以使换热效果达到最优。     

水平管内分层湿润角与周向传热分布

实验研究了不同当地蒸汽质量流速Gs和凝结液质量流速下,水平管内凝结液湿润角和管圆周方向传热系数的变化规律。研究发现,在一定蒸汽入口流量下,随着凝结速的增加,湿润角增加速度先快后慢,然后在低蒸汽流量下又变快;形成波状分层流时所需的Gs随着凝结液质量流速的增加而增加;波状分层流时,凝结液侧的传热系数平滑的变化到蒸汽侧传热系数。     

蒸汽和空气在下流水柱表面接触冷凝的压力影响分析

含不凝气体的蒸汽直接接触冷凝在工业中应用广泛,冷凝参数对设备设计至关重要。数值模拟了蒸汽和空气在下流水柱表面的接触冷凝换热;分析了压力对下流水柱表面温度、空气质量分数的影响,以及凝结热流和凝结传热系数的变化规律。结果发现,下流水柱表面温度、凝结热流和凝结传热系数沿着流动方向下降,下流水柱表面空气质量分数沿着流动方向升高。随着压力增加,下流水柱凝结长度增加,在凝结长度末端,下流水柱表面空气质量分数高达90%以上,凝结热流和凝结传热系数均增加。下流水柱初始温度的升高会降低接触凝结传热系数和凝结热流。将计算结果和Celeta等的实验数据做了比较分析。     

水平肋片管外自然凝结换热特性研究

基于Nusselt凝结传热理论,沿肋片管圆周方向划分有限个微元角,建立了每个微元角内肋侧壁、肋间基管及肋顶三个区域的凝结传热模型,通过求解非淹没区和淹没区总传热量,推导管外平均传热系数计算式。计算不同肋片高度、肋密度时,R134a饱和蒸汽的管外平均凝结传热系数。结果表明:随肋密度的增加,平均传热系数先增大后减小,肋密度为25fpi时传热最佳;高肋片管的平均凝结传热系数大于低肋片管的,肋片高度达到一定值时,平均传热系数几乎不随肋高增加而增加。当R134a饱和蒸汽为20℃时,两种不同翅片密度的管外平均凝结传热系数随温差的增大而减小,并通过所建模型得到的计算值与Beatty-Kate模型进行了比较,平均误差分别为约16.1%和8.3%,故所建模型基本反映肋片管外蒸汽凝结传热机理。     

核电汽轮机高压缸级内凝结流动特性分析

为研究湿蒸汽在核电汽轮机高压缸内的流动特性和气动特性,对不同蒸汽状态和不同工况下湿蒸汽自发凝结流动进行三维数值分析。结果表明:过冷蒸汽自发凝结过程最缓慢,但其动压值最高。沿叶高方向,凝结首先发生在叶片上部,凝结发生的瞬间会引起湿度剧增。随着入口质量流量减小,级内湿蒸汽流动损失增加,汽轮机效率下降。在稳定负荷的前提下,随着蒸汽来流湿度增大,级内流场的气动性能变差,蒸汽的做功能力下降。     

不可凝气体对大扁管空冷凝汽器性能的影响分析

为了研究不可凝气体(non-condensable gases, NCG)对火电与光热发电机组上广泛使用的大扁管空冷凝汽器性能的影响,以工程机组凝汽器上普遍应用的通流面积220 mm×20 mm的大扁管为研究对象,针对汽轮机典型工况下的实际蒸汽流量,基于Lee相变方程、VOF方法以及组分扩散模型,对蒸汽与NCG混合气体管内两相流凝结换热进行数学建模与数值计算。结果表明：由于大扁管的狭窄通流几何结构与高蒸汽流量,NCG对管内蒸汽凝结的抑制效果要远低于预期;当入口空气质量分数按2%增加时,凝结管凝结换热系数仅下降2%左右,这与NCG导致低流量圆管凝结性能急剧下降的结论不同;空气正常泄漏不会导致空冷凝汽器性能下降而影响发电机组效率。     

微细通道内蒸汽直接接触凝结汽液界面演变特征的实验研究

为探究微细尺度条件下蒸汽直接接触凝结汽液界面瞬时特征及演变行为，开展了圆形截面T型微细通道内蒸汽直接接触凝结的可视化实验研究。利用高速摄像系统获取了饱和蒸汽体积流量630μL/min、过冷水温度60℃及过冷水体积流量12650μL/min工况下直接接触凝结过程的瞬时图像信息。研究发现，汽液界面演变历程不能简单的用一种凝结流型进行表述，其过程中包含了柱状、环状和间歇凝结流型的特征。蒸汽自支管入射至主管后其长度变化曲线经历了相对较长时间（108.2ms）地振荡增长，而消失过程则相对短暂（16.2ms）。此外，水平主管内的蒸汽柱先后发生了脱离和断裂现象，且其与支管正下方的蒸汽泡的凝结机理有所不同。     

电场作用下扩散小火焰实验分析

用无水乙醇作燃料,采用内径为1．0mm的陶瓷管作燃烧器,采取拍摄图像的方法,对自由空间中直流电压下的负针-板电极和负板-板电极（负极接在火焰上方）作用下的小火焰的特性进行了实验研究。实验中发现：在两种电极作用下,随着电压的升高,火焰先被拉伸,后被压缩;火焰形状由半椭圆形变为半圆形,针极电场下火焰又由圆形变为帽子形;在电压增大到一定值时,会出现离子风;与负板-板电极所不同的是,负针-板电极作用下当电压增大到一定值时,离子风非常强烈,火焰脉动厉害。     

径向错列翅片管内凝结对流换热数值模拟分析

采用数值模拟方法,对径向错列翅片管内含不凝结气体水蒸气的凝结对流换热及阻力特性进行了综合分析。将编写的自定义函数(UDF)导入ANSYS FLUENT软件,对新型强化管传热性能和阻力性能进行了数值模拟,并根据管长方向壁面上蒸汽质量分数的变化情况,讨论分析了凝结过程中翅片管传热性能的变化规律。分析结果表明:与光管相比,内翅片管的强化传热效果随翅数增多、翅片换热接触面积增大而更加显著;另一方面,翅片管的流动阻力相应增大,对管路换热产生不良影响。在所研究翅型范围内16翅y=2x~2型翅片管综合强化换热效果更优;此外随着换热过程的持续,蒸汽凝结逐渐放缓;入口速度增大导致水蒸气凝结不充分,对换热效果的提升有一定制约。     

电极结构对离子风速度与分布影响的仿真研究

为研究电极结构对电晕放电产生的离子风速度与分布的影响，基于COMSOL软件构建了针—网、针—板、针—环—网和针—环—板等电极结构下电晕放电产生离子风的仿真模型。模拟结果显示：当电压、电极间距、高压电极针曲率等参数相同时，针—板结构比针—网结构下离子风分布更集中，当在高压电极和地电极之间放置相同的环状屏蔽地电极时，针—环—板结构与针—环—网结构下离子风分布相似；对比针—板与针—网结构，其对称轴线上离子风轴向速度最大值分别约为2 m/s和1 m/s,地电极表面离子风径向速度最大值分别约为1.5 m/s和0.7 m/s;增加环形电极后，两种结构对称轴线上离子风轴向速度最大值比之前分别增加约2.5和4倍，地电极表面离子风径向速度最大值比之前分别增加约1.8和4倍。     

生物质炭催化裂解焦油的实验研究

通过实验方法研究了生物质炭对生物质热解焦油的催化特性。通过分析焦油裂解率在催化剂及其重量、蒸汽加入量和加入方式、氮气流量等条件下的变化可知:在蒸汽条件下,生物质炭对焦油有显著的催化裂解效果,最高焦油转化率可达96.1%。通过对实验条件下裂解产物、裂解气体积分数的分析可知,生物质炭和蒸汽可以促进热解产物里面的可凝结相转化为不可凝结的气体,并且导致气体组分体积分数的变化。裂解气中氢气产量增加较快,最高可达裂解气体积的50.2%。     

一种新型溶液除湿装置数学模型及性能分析

对新型外表面蒸发式溶液除湿装置建立数值模型,模拟计算各参数对装置性能的影响。结果表明:管心距的增加会降低装置整体的除湿效果;肋间距对装置的除湿效果影响不大;蒸发冷却空气质量流量在0.5～4 kg/(m~2·s)变化时,新型外表面蒸发式除湿装置除湿量相对非蒸发型装置提高6.3%～9.4%;装置的最佳蒸发冷却空气流量约为2.5 kg/(m~2·s);除湿空气质量流量在1.8～1.9 kg/(m~2·s)变化时,除湿量有一个突变过程;溶液入口温度增加20℃,除湿量降低4.0%,除湿空气出口温度仅升高1℃。这些结果可为除湿装置结构设计和性能分析提供理论依据。     

含高浓度CO2的水蒸气在竖直平板上的凝结换热实验研究

对含有高浓度CO2的水蒸气在竖直平板上冷凝传热特性进行了实验研究,得到了混合蒸气流速为0．8 m／s、CO2质量分数为60．0％～94．0％工况下的凝结传热特性曲线。结果表明,CO2的加入会极大恶化蒸汽的凝结传热,随过冷度的增加凝结传热系数逐渐降低,且随着CO2质量分数的增大,凝结传热系数受过冷度的影响越来越小;随着CO2质量分数的增加,凝结传热系数继续降低,但降低幅度逐渐减缓。对比高CO2质量分数下膜状和珠状凝结传热特性发现,珠状凝结并没有明显强化传热优势。     

T型圆管内蒸汽直接接触凝结数值模拟

选用流体体积分数两相流模型和大涡模拟湍流模型,并引入基于热平衡原理的凝结模型——双阻力模型的自定义函数(user defined function,UDF),在FLUENT平台上对T型圆管内低速蒸汽在缓慢流动冷水中的直接接触凝结进行了数值模拟。结果表明,该工况下的蒸汽直接接触凝结为典型的间歇(Chugging)凝结且凝结主要发生在界面附近很小的区域,同时蒸汽直接接触凝结导致压力瞬间急剧降低从而发生水锤现象。     

R141b气液两相喷射器性能研究

考虑实际流体性质、混合室阻力和喉部激波现象,采用等压混合模型,根据质量守恒、动量守恒和能量守恒建立中心进气两相喷射器一维模型。以R141b为工质,研究在不同入口参数和混合室截面积变化比(混合室喉部截面积与混合室入口截面积之比)下喷射器的升压特性以及入口参数和混合室截面积变化比对喷射器出口压力和喷射系数的影响。结果表明:在一定工况下,入口主蒸汽压力每增加0.5 MPa,喷射器出口压力提高约0.002 MPa;入口引射液体压力每增加0.1 MPa,出口压力约升高0.6 MPa。相对于入口主蒸汽参数的变化,入口引射液体参数变化对喷射器的升压特性影响更大。另外,随着混合室截面变化比的增大,升压效果下降。在入口引射液体参数为0.1 MPa/299 K和0.2 MPa/321 K的条件下,混合室截面积比分别增至0.6和0.4时,出口处蒸汽不能完全凝结。研究结果适用于大部分工质,为喷射器的设计和运行提供理论指导。     

水平挡板改善直接空冷凝汽器流场特性的数值模拟

以某1000 MW直接空冷机组凝汽器的一组空冷单元为研究对象,建立了物理模型和数学模型,通过计算流体力学模拟分析,研究横向风对空冷机组凝汽器的影响规律和水平挡板改善风机入口侧流场的机理.结果表明：加装水平挡板可以使空冷凝汽器横向风迎风侧第一单元风机入口的负压区前移,有效削弱横向风的不利影响,增加空冷单元进风的质量流量;对于所研究的直接空冷机组凝汽器,水平挡板的最佳长度为15 m.     

管段参数对供热管网流动传热特性影响研究

针对热电联产中供热管网能量损失问题,根据供热管道温度压力耦合计算模型,采用编程计算的方法,采用不同入口温度、入口压力、流量、管道直径,探究管道各项参数对蒸汽运输中能量损耗的影响.研究结果表明:管道入口温度升高会使工质与外部环境温差增大从而使能量损失增多且会使蒸汽的动力黏度变化导致压损增多;入口压力增大时会导致工质摩擦力...     

带冷却液体除湿系统性能分析的简化方法

采用无量纲蒸汽压差值比和温度差值比对液体除湿系统进行研究,对带冷却液体除湿系统的简化模型进行了计算,并与一组实验数据做了对比,取得了较为满意的效果。分析结果表明用此方法来计算除湿器中除湿量是可行的,且简便易行。该文同时研究了溶液流量、溶液入口温度、浓度等因素对带冷却液体除湿器性能的影响。     

6 MW漂浮式风电机组极限载荷特性研究

海上风电场建设由近海走向深远海,漂浮式风电机组将会是这一区域最适合的选择。选用华锐6 MW机组,结合东海某海域环境条件和IEC规范,利用气动-水动耦合时域分析方法,对不同基础型式下的风电机组载荷特性进行研究。计算结果表明:漂浮式风电机组叶片、轮毂极限载荷与海上固定式风电机组相比没有明显增加,塔筒底部极限载荷增加幅度可达30%;在正常发电工况和极端空转工况叶片和轮毂极限载荷主要受风载荷控制,而塔筒底部和顶部极限载荷在不同工况受风载荷和波浪载荷影响效果则有不同。