新型压缩/喷射复合制冷系统理论分析研究

本文分析了现有的冰箱压缩/喷射复合制冷增效循环系统,构建了并联双喷嘴喷射器压缩/喷射复合制冷增效循环系统。本文通过理论计算,分析了常规蒸汽压缩制冷循环系统和压缩/喷射复合制冷增效循环系统的性能系数COP、单位体积制冷量q_v和喷射器增压比。结果表明,并联双喷嘴压缩/喷射增效循环系统的COP、q_v和增压比值与串联压缩/喷射制冷循环Ⅰ系统相当,较其他系统优越。同时,并联双喷嘴压缩/喷射制冷增效循环系统还可以减小传热温差带来的不可逆损失,实现节能降耗的目标。     

电站海水淡化用蒸汽喷射器的优化设计与试验研究

电站热法海水淡化中,蒸汽喷射器的性能影响系统的热利用率。传统的喷射器设计采用索科洛夫设计方法,该法所采用的经验系数过多,蒸汽混合压力计算不精确,因而设计性能偏低。针对索科洛夫设计方法的不足,将蒸汽喷射器混合段分为两段设计,并引入混合段面积比和喉部激波计算,重新修正了喷射系数计算公式和变工况运行曲线特征方程。为验证改进方法的可靠性,建造了模拟装置（喷射器模型,该模型与实际喷射器几何尺寸之比为1∶20）,并进行了模拟试验,测量和分析了模拟装置设计工况下喷射系数和变引射压力、变背压运行曲线等。试验结果表明,采用新方法设计的喷射器模型运行性能有较大提高,且与计算结果吻合。     

耦合喷射器的高背压机组变工况特性研究

在喷射器辅助供热的背景下,为了研究喷射器变工况特性,对国内外有关喷射器的计算方法进行调研,建立了喷射器计算模型并将模型与高背压机组进行耦合,得到喷射器变工况时工作蒸汽、引射蒸汽、喷射器背压、喷射器开度对喷射器性能的影响。结果表明：喷射器工作流体压力从0.25 MPa增至0.45 MPa,工作流体质量流量先变大后变小,在工作蒸汽压力为设计工作蒸汽压力时喷射器性能最佳;引射蒸汽压力提高,临界背压提高;引射后的混合流体的压力不仅会影响喷射器的工作,也会影响凝汽器工作;相比抽背机组,高背压耦合喷射器机组低压缸最小冷却流量最大可降低140 t/h,供电范围提高43 MW。     

汽水喷射器升压特性及输出量的调节方法

利用基于直接接触凝结的汽水喷射器一维理论模型对升压特性进行理论分析,并对求解该模型的一些关键问题进行了论述,如采用平均凝结换热系数计算相间质量传递及利用汽羽确定各相体积分数等。根据该理论模型给出了升压式汽水喷射器出口温度和流量的调节方案,理论分析表明出口温度及流量的调节是解耦的,调节进水的质量流量可控制出口温度;调节蒸汽喷嘴的喉部截面大小可控制出口质量流量。结合相关的实验结果表明输出压力具有定量特性,只须调节出口背压即可以实现对输出压力的调节且不影响进口状态。     

蒸汽喷射器节能原理及其在热电机组中的应用

文章叙述了蒸汽喷射压缩器的节能特性,并对衡量蒸汽喷射器节能性能的喷射系数作了理论推导,然后从电厂应用方面给出了节能改造实例.     

基于热力学模型的PEMFC用喷射器的设计

根据气体的热力学方程,结合流体流动的连续性和动量能量的守恒方程,建立了一种质子交换膜燃料电池用亚音速喷射器热力学模型。从燃料电池的操作条件出发,设计了引射流体饱和增湿和不增湿两种对比工况,通过模型计算得到了两种工况下工作流体标准体积流量与喷嘴喉部直径、混合室截面直径的关系。根据模型计算结果设计了3.5 kW电堆用亚音速喷射器,并通过实验测试了该喷射器的引射性能。研究表明通过模型指导设计的喷射器具有良好的引射性能,同时针对水蒸气对引射系数的影响提出摩尔回流比的概念,可以更好地评价喷射器在质子交换膜燃料电池上的可使用性。     

燃气涡轮发动机预旋系统温降和功耗的作用机制与理论分析

涡轮预旋供气系统内转-静盘腔和转-转盘腔的功热转换性能直接影响涡轮旋转动叶的高温热防护。文中重点开展理论分析,揭示预旋供气系统温降和功耗二者性能指标的关联机制。理论推导结果发现,系统无量纲温降和无量纲功耗特性与旋流恢复系数、预旋半径比、预旋喷嘴出口速度系数及转子马赫数变量的函数关系呈现强关联。基于能量守恒定律,系统无量纲功耗随无量纲温降增大而线性减小;当系统温降越高时,则系统功耗越低。绝热条件下,随着预旋喷嘴出口速度系数增大、转子马赫数减小,系统无量纲温降和无量纲功耗分别呈现增大和减小的趋势。因此,温降和功耗的关联机制可以有效评估预旋供气系统性能设计的优劣。     

多孔蒸汽浸没射流压力振荡强度特性研究

实验研究了一定冷却水温度和蒸汽质量流率范围内出口直径为8 mm的多孔喷嘴射流压力振荡强度特性。结果表明:孔间距和孔数对压力振荡强度的轴向分布规律无影响,即压力振荡强度随轴向无量纲距离的增大先增大后减小,存在明显的峰值点;随蒸汽质量流率的增大,峰值增大、峰值点后移。相同汽水参数条件下,随孔数的增多,压力振荡强度增大,峰值增大、峰值点后移;随无量纲孔间距的增大,双孔压力振荡强度先增大后减小,峰值先增大后减小,峰值点先后移再向前移;三孔1.5的压力振荡强度小于三孔1.2和三孔2.0。不同孔间距多孔喷嘴压力振荡峰值和峰值点位置随冷却水温度的变化规律不尽相同。     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

水垫式旋转磨料射流喷嘴内流动特性的数值分析

设计了一种水垫式旋转磨料射流喷嘴,并对其内部流场流动特性进行了数值研究。采用高精度QUICK离散格式离散了雷诺平均的N_S方程和Realizablek_ε紊流模型,求解了喷嘴的内部流场,同时利用拉格朗日的方法对磨料颗粒的运动轨迹进行了追踪。该模型用同轴射流旋流燃烧室算例进行了验证,计算结果和实验值相吻合,表明适用于旋流流场的计算。喷嘴流场计算结果表明,流量比(切向与轴向入流流量之比)是决定喷嘴内流动状态的重要参数,喷嘴出口旋流数随流量比的增大而增大,并逐渐趋于一定值,磨料颗粒在喷嘴内的运动特性受流量比及磨料颗粒的粒径和密度影响较大。通过研究表明,对流量比以及磨料颗粒进行优选,能够获得破岩效果较好的旋转磨料射流,并且减少磨料颗粒对喷嘴的磨蚀,保证喷嘴的使用寿命。     

基于数值仿真的 MED-TVC 喷射泵 参数优化与性能研究

蒸汽喷射泵是低温多效蒸馏海水淡化系统(MED-TVC)的关键部件.为了提升其运行效率,对蒸汽喷射泵进行了结构优化与性能分析.在喷射泵优化过程中,使用计算流体力学(CFD)工具研究了混合室直径对于引射比的影响,得到了喷射器引射比与混合室直径以及临界背压之间的拟合二次函数关系式.研究结果表明,混合室直径的增大会使引射比上升,临界背压下降.在一次流压力与二次流压力分别固定为600和15 kPa时,通过将混合室直径从15.8增大至20.35 mm,其引射比可从0.485提升至0.746,性能提升可达53.8％,造水比可以从7.425提升到8.73,提升百分比约为17.58％.优化后的蒸汽喷射泵结构可有效提升海水淡化系统的日产水量,提高系统运行效率,降低能耗.     

Achieving More Efficient and Reliable Operation of Geothermal Turbines by Using a Secondary Flash Steam Superheating System

Problems encountered in operation of saturated steam geothermal turbine units that stem from the specific features of a geothermal heat carrier are considered. A two-phase state, increased content of salts, and corrosiveness of geothermal working medium have a negative influence on the efficiency and reliability of the turbine’s first and last stages. Owing to high concentrations of impurities in the liquid phase, the first stages suffer from intense generation of deposits. The resulting decrease in the power output is due to both fouling of the flow path and significantly growing roughness of the turbine cascade blades. The flow of wet steam in the geothermal turbine flow path is accompanied by droplet impingement erosion of the last-stage blades and corrosion fatigue of the metal of rotor elements. In addition, the losses due to steam wetness in the flow path cause an essential decrease of the geothermal turbine efficiency. The article gives examples of erosioninduced damage inflicted to the last-stage rotor blades, corrosion fatigue of the metal of integrally-machined shroud elements, and deposits in the nozzle vane cascades of geothermal turbine stages. The article also presents the results from numerical investigations of the effect that the initial steam wetness has on the silicic acid concentration in the wet steam flow liquid phase in a 4.0 MW geothermal turbine’s stages. A method for achieving more efficient and reliable operation of the geothermal turbine low-pressure section by applying a secondary flash steam superheating system with the use of a hydrogen steam generator is proposed. The article presents a process arrangement for preparing secondary flash steam supplied to the geothermal turbine low-pressure section in which the flash steam is evaporated and superheated through the use of a hydrogen steam generator. The technical characteristics of the system for preparing secondary flash steam to be used in the intermediate inlet to the turbine were preliminarily assessed (taking the upgrading of the Mutnovsk geothermal power plant as an example), and it has been shown from this assessment that the wetness degree in the low-pressure section can be decreased down to its final value equal to 2.0%.     

管道滞留气团运动特性PIV实验与数值模拟

为研究有压输水管道水流速度和局部高点的管道角度等因素对局部高点滞留气团运动特性的影响,搭建有压管道局部高点滞流气团实验平台,通过激光粒子测速系统（PIV）对局部高点处的流速进行测量;结合RSM湍流模型结合VOF多相流模型,构建局部高点气-液两相流体动力学模型进行数值模拟,分析管内流速、局部高点角度和气团体积对有压管道排气性能的影响。研究结果表明,随着水流速度增大,局部高点滞留气团呈现三种状态,即无气泡产生、气团产生气泡且部分被排出、气团一次性被排出;在其他条件相同时,若气体大于一定体积,一次性将气体携带出局部高点所需的水流速度增幅将减缓;局部高点角度越大,一次性将气体携带出局部高点所需的水流速度越大。     

汽轮机内湿蒸汽两相流介电性质研究

将电介质的复介电常数与其静介电参数、交变电场频率的关系引入Maxwell-Wagner非均质电介质理论,建立湿蒸汽等效复介电常数模型,得到饱和水、干饱和蒸汽和湿蒸汽的复介电常数随波长和温度的变化。饱和水复介电常数的实部随波长增加、温度降低而变大,当波长较大时,实部趋于静介电常数,当波长较小时,实部趋于常数,与温度无关;其虚部随波长增加先变大后减小,随温度降低而变大,当波长较小或较大时,虚部趋于0。干饱和蒸汽复介电常数的实部随波长增加、温度升高而变大,当波长较小或温度较低时,实部趋于1;其虚部随波长增加先变大后减小,随温度升高而变大,当波长较小或较大或温度较低时,虚部趋于0。湿蒸汽的复介电常数和干饱和蒸汽规律相近,当湿度增加时,实部和虚部均变大,而且温度越高,数值越大。     

喷射式热泵在天然气冷热电三联供系统中的应用研究

天然气冷热电三联供系统中普遍采用减温减压器将高品位的蒸汽节流降温以供各类用户,节流降温过程伴随不可逆能量损失,导致高品位蒸汽做功能力下降。本研究将喷射式热泵引入天然气冷热电三联供系统,利用高品位蒸汽引射低品位蒸汽,排挤高品位蒸汽返回汽轮机做功,在不改造汽轮机通流部分的前提下提高了系统的经济性。对某三联供系统的分析计算表明,其全厂发电效率、联供系统效率、系统供热能力均有大幅度提高,并能够在不扩建机组的情况下,满足工业园区热负荷增长的需求。研究获得的喷射式热泵的优化设计原则和变工况调节方法,对喷射式热泵技术的研究和推广应用具有重要意义。     

湿法脱硫旋流喷嘴体积流量变化规律及数值模拟

以湿法烟气脱硫工艺中常用的旋流喷嘴为对象,研制了几何相似的系列喷嘴和仅出口直径变化的系列喷嘴,并选择实心锥喷嘴和螺旋喷嘴作对比,经过大量试验,系统地研究了旋流喷嘴的体积流量变化规律,得到旋流喷嘴体积流量与压力的平方根近似呈线性关系;在一定范围内改变喷孔直径,不会影响旋流喷嘴的流量-压力特性;几何相似时,增加喷孔直径,最大体积流量增加;相同压力下,螺旋喷嘴流量最大,旋流喷嘴次之,实心锥喷嘴最小。建立了旋流喷嘴的数学模型,采用Fluent对喷嘴内部流动和体积流量进行了数值模拟,给出了喷嘴内部流动、中心断面压力分布特性和流量-压力特性曲线,数值计算结果与试验数据基本吻合。     

低温热源喷射式发电制冷复合系统特性分析

提出一种低温热源喷射式发电制冷复合系统。该系统将有机物朗肯循环与喷射式制冷循环相结合,利用透平排气驱动喷射器工作,同时实现发电和制冷的功能。在定义系统评价指标的基础上,选取性能优良的有机物R245fa作为工质,建立系统仿真模型,进行计算分析。计算结果表明,在热源蒸发温度Tg=120℃,制冷蒸发温度Te=7℃,冷凝温度Tc=25℃的标准工况下,系统的热力学第一定律效率可达37%,热力学第一定律折合效率可达15.6%,火用 效率可达37.5%。分析同时表明,提高热源蒸发温度Tg,提高制冷蒸发温度Te,降低冷凝温度Tc,有利于提高系统的工作性能;提高透平膨胀比b可以提高系统电冷比R。     

锅炉内螺纹管汽液两相流摩擦压降特性试验研究

在压力为8～10 MPa、质量流速为350～600 kg/(m2.s)、含汽率为0～1的工况范围内,对直径为38.1 mm、壁厚为7.5 mm的六头内螺纹管中汽液两相流体的摩擦压降特性进行了试验研究,试验段采用水平绝热布置。试验结果表明:压力对两相流摩擦压降的影响很大,两相流摩擦压降倍率随压力增加而减小,在临界压力附近趋近于1;两相流摩擦压降倍率随含汽率增加而先增加,然后有减小的趋势;两相流摩擦压降倍率也随质量流速增加而减小。并对用于计算汽液两相流体摩擦压降的试验关联式中的B系数进行了讨论。     

直接空冷排汽管道系统内湿蒸汽的数值模拟

建立了某台135MW发电机组直接空冷排汽管道内湿蒸汽两相流动和传热的数学模型。利用计算流体动力学(CFD)软件,对典型工况下汽轮机的排汽状况进行了数值模拟,所得结果可为空冷排汽管道系统的优化设计提供帮助。