氧气底吹转炉底吹喷嘴传热数值模拟研究

底吹喷嘴附近烧损一直是氧气底吹转炉炼钢的关键问题,建立了氧气底吹转炉喷嘴附近传热模型,本模型认为炉底热量来源于火点区的辐射热和钢水流动的对流换热。讨论和分析了底吹喷嘴及耐火砖的温度场,与实验数据吻合:在底吹喷嘴的高度方向上,发现喷嘴和底部耐火砖热端面温度最高。利用该传热模型,研究了不同材质内管的温度场的分布。其中导热系数大的材料温度梯度小,热端面的温度低;导热系数小的材料温度梯度大,热端面的温度高。因此从抑制喷嘴烧损的角度内管应选择导热系数较大的材料。     

水平管壳式相变蓄热装置的强化传热研究

基于焓法模型对水平管壳式相变蓄热装置热性能的增强进行研究,首先分析蓄热过程中传统管壳式装置内材料的传热及流动机理;然后引入椭圆元素并对比椭圆内管及外壳的强化传热效果;最后对热源温度、相变材料导热系数及初始温度对装置热性能的作用规律进行探讨。结果显示,椭圆外壳的强化传热效果优于内管,同等条件下,长短轴之比为2的椭圆外壳可使蓄热时间缩短53.5%。热源温度升高,椭圆外壳的强化传热效果进一步增强,相变材料的导热系数及初始温度对装置热性能的影响较小。     

优化壁温计算模型及其在电站锅炉壁温在线监测中的应用

针对电站锅炉壁温在线监测以及炉内汽温和壁温计算的要求,对电站锅炉过热器和再热器炉内汽温和壁温的计算方法进行了优化,提出了炉内汽温和壁温的分段计算模型,对该计算模型涉及的辐射因数、角系数、辐射穿透率、沿炉膛宽度的偏差系数和沿屏高度的偏差系数进行了详细研究,并通过数值模拟对沿炉膛宽度的偏差系数和沿屏高度的偏差系数进行了优化和修正.结果表明:该模型可对锅炉过热器和再热器受热面各点温度进行实时计算,能满足电站锅炉壁温在线监测的要求.     

竖直U型埋管地热换热器热短路现象的影响参数分析

通过引入换热器出口最高流体温度的概念,对地源热泵竖直U型埋管地热换热器的热短路现象进行了量化,基于竖直U型埋管周围的瞬时有限元模型,对影响热短路现象的主要参数(支管间距和回填料导热系数)进行了模拟分析,得出了量化结果。结果表明,增大支管间距可降低换热器出口最高流体温度,减小由热短路现象引起的热损失;回填料的导热系数对热短路现象的影响较大,当回填料导热系数小于周围土壤的导热系数时,增大回填料导热系数对减小热短路损失有较大作用,而当回填料导热系数大于土壤导热系数时则作用不大,推荐使用导热系数与周围土壤导热系数接近的回填材料。     

微孔硅酸钙的有效导热系数和最佳使用密度

利用等效热阻模型,考虑辐射传热影响,对硬硅钙石型微孔硅酸钙绝热材料的有效导热系数进行了预测,给出了计算公式,探讨了不同使用温度下微孔硅酸钙绝热材料的最佳使用密度.分析表明,模型计算值与实验值吻合好,有效导热系数预测模型可精确预测其绝热性能并指导绝热设计施工.     

室式辐射管炉内辐射角系数计算

导出室式辐射管炉内辐射管与辐射管、辐射管与炉墙之间角系数的积分方程，并利用数值积分方法进行了计算了不同几何参数下上述角系数的变化。     

U型深埋管固井层对埋管换热性能影响的研究

结合西安市某个U型深埋管工程,建立三维全尺寸数值计算模型并进行模型验证。在此基础上,模拟分析不同导热系数的埋管固井层对埋管换热能力的影响。结果表明,固井层导热系数在小于及接近岩土层导热系数的范围内增加时,埋管换热强度随之增加明显;固井层导热系数对埋管换热的影响程度与周围竖向各层岩土导热系数的大小相关,而与地层竖向的温度分布无明显关系。     

地下土壤导热系数确定中影响因素分析

利用有限元热分析平台,建立了二维瞬态有限元模型,计算确定了竖孔U型管地下换热器周边的土壤导热系数,并着重对主要影响参数进行了比较分析.讨论了测量时间、土壤初始温度、土壤体积比热、回填料物性参数和管间距等因素对土壤导热系数的影响程度和敏感性.     

热敏感性对直流锅炉水冷壁安全运行的影响

根据汽液两相流动阻力的计算式，推导了流量敏感系数、出口焓值敏感系数的表达式。对直流锅炉内螺纹管、螺旋管圈水冷壁的热敏感系数进行了定量计算，分析了各种因素对热敏感性的影响，并对两种水冷壁管屏在热负荷不均时的温度偏差，焓值偏差进行了讨论，对直流锅炉安全运行具有一定的指导意义。     

水平管外降膜蒸发微观传热特性

为了深入探究水平管降膜蒸发的微观传热特性,采用基于VOF法的计算流体模型对水平管外降膜蒸发进行数值模拟,通过求解控制方程得到液膜内的温度场和速度场。分析了不同入口边界温度和Re数下管外薄液膜内热边界层、无量纲温度和局部传热系数的微观传热特性变化规律,定量给出了热发展区与充分热发展区的边界位置。模拟结果表明:液膜入口温度越高,液膜热发展区覆盖的圆周角度越小;液膜内的热发展区覆盖的角度随Re数的增大而增加是平均传热系数随Re数增大的原因;管外圆周方向无量纲温度分布证明了液膜中的传热包含导热和对流传热;管外液膜内纯导热系数与局部传热系数的差值随倾斜角的增加而减少是由于对流效应沿管圆周方向减弱引起的。     

加热器端差对1000MW机组热经济性影响的数学模型研究

在凝汽系数法基本理论的基础上定义了凝汽系数变动率的概念.采用凝汽系数法,从反平衡的角度出发,针对不同型式的加热器,通过严密的数学推导,得出了加热器端差对经济性影响的凝汽系数模型.以超超临界参数1 000MW机组为研究对象,运用所建立的凝汽系数模型定量分析了表面式加热器端差对该机组热经济性的影响,并将凝汽系数法模型与等效热降法模型的计算结果进行了对比,结果表明,凝汽系数法具有模型简捷、结果准确的特点.     

基于TRNSYS模拟的地埋管换热效果影响因素分析

通过原位热响应试验数据验证了TRNSYS软件中U型地埋管换热器模块Type557计算模型的可靠性,应用TRNSYS软件建立地埋管换热模型。基于正交试验的研究方法,综合分析了埋管壁、回填材料、埋管周围岩土的导热系数对埋管换热器换热效果的影响规律。得到影响地埋管换热过程的最主要因素是岩土导热系数,回填料导热系数对其影响程度略低于岩土导热系数,埋管壁导热系数对其影响不大的结论。     

考虑水—汽两相流增压锅炉近炉对流蒸发管的换热分析

考虑近炉对流蒸发管内的水—汽两相流动,依据传热学原理,计算管内工质在不同温度不同流速下的对流换热系数。进一步考虑管外高温烟气的辐射对流换热、管外火焰的辐射换热和管内水—汽两相流的对流换热,采用有限元方法计算近炉对流蒸发管在紧急启动下的瞬态温度场;与实际温度场对比,吻合良好。提出的考虑水—汽两相流动确定对流换热系数的方法及温度场分析结果有一定参考价值。     

陶瓷基点阵夹芯结构等效导热系数的数值模拟分析

为了评价陶瓷基点阵夹芯结构的热防护效能，选取陶瓷点阵夹芯结构的胞元作为研究对象，给出了表征其传热效能的等效导热系数计算方法。建立了点阵夹芯结构胞元的导热-辐射稳态耦合传热的有限元模型，通过对模型施加不同的边界条件，利用数值模拟的方法求出了点阵夹芯结构稳态温度场分布和等效导热系数，并对其换热机理和影响因素进行了分析。研究表明：点阵夹芯结构的辐射换热是结构热传导的主要方式，且随温度的升高其作用效应就越强；相对较小的材料发射率和较大的芯杆高度能够降低结构的传热效能；减小芯杆直径会降低结构热防护能力；芯杆倾角对结构的热防护性能影响较小。     

多孔介质特性参数对燃烧温度及压力影响的数值模拟研究

考查了两段式多孔介质内预混气燃烧的温度与压力分布情况。建立了甲烷／空气预混气体在多孔介质内燃烧的二维数学模型,运用FLUENT软件求解瞬态控制方程的方法计算出燃烧稳定后多孔介质内的温度、与压力分布,并考查了不同当量比、多孔介质辐射衰减系数和导热系数对温度和压力分布的影响。结果表明,甲烷／空气预混气体在多孔介质中燃烧,当量比越大温度峰值越高,压力梯度越大;小孔介质辐射衰减系数的改变对温度分布和压力分布没有明显的影响,而大孔介质辐射衰减系数对温度分布和压力分布有较大的影响;增加多孔介质的导热系数,会使固相与气相温度均有所升高,燃烧区域压力降低。     

高温半透明涂层的辐射特性研究

在先进燃气轮机技术领域,具有半透明辐射特性的高温热防护涂层被广泛应用以降低高温环境下金属部件的温度。以具有氧化锆涂层的燃气轮机热端金属表面为研究对象,基于半透明涂层的多波段吸收和散射特性谱带模型,采用蒙特卡罗法和控制容积法对半透明涂层内部的辐射-导热耦合传热进行模拟计算,获得了涂层内部的温度场分布规律,进一步研究了不同光谱波段、散射特性以及涂层厚度变化对涂层表观辐射特性的影响。为特定响应波段内的辐射温度与热流测量提供基础的应用数据。     

基于元体能量平衡法的垂直U型埋管换热特性的研究

基于元体能量平衡法建立了垂直U型埋管的传热模型,模型考虑了流体温度的沿程变化,并通过引入热干扰角与等效传热间距反映两管脚间的热干扰问题,使之更符合实际的传热情况。通过所建模型对U型埋管的换热特性进行了数值模拟,结果表明:增加土壤与回填物导热系数、管脚间距、管内流体流量及减小管脚热干扰角与进口流体温度(供热工况下)均可以增强埋管的换热效果,其中土壤导热性影响最为显著。但回填物导热系数不可无限制增大,其大小还要考虑对增强管脚间热干扰的影响及其与管脚间距的相互关联性。同时,流量的增加要考虑对流动阻力增加的限制,可以采用变流量设计来进行调节与优化。此外,为了充分发挥地源热泵的能效,实际设计应该考虑埋管、热泵及负荷三者间的相互匹配性。     

多层打孔隔热材料热分析计算模型研究

基于能量守恒定律,构建可应用于空间机构热防护的多层打孔隔热材料热性能分析计算模型,该模型考虑相邻两层反射屏间辐射换热、反射屏与间隔物接触导热、间隔物本身导热以及残余气体导热,能够准确预测多层打孔隔热材料内部传热特性。并在此基础上,进行了隔热材料热真空实验研究,以验证所建热分析计算模型的准确度。     

分层岩土中地埋管换热器传热解析模型与分析

为准确预测地埋管换热器在分层岩土中的传热特征,采用分离变量法和格林函数法,基于单个圆环热源基本传热单元问题的解答,建立考虑岩土结构分层和横观各项同性特征的地埋管传热解析模型。该模型适用于工程中常见的垂直钻孔和桩基埋管换热器分层传热问题,具有较好的普适性。以2层岩土为例,利用模型解答对分层岩土中地埋管的传热特征以及分层参数对其影响规律进行研究。结果表明：均匀介质假设计算误差随作用时间的增加而逐渐增大,在靠近热源处误差更加明显,预测地埋管长时间温度响应时,应采用分层传热模型;在临界区域范围内,可用均质假设模型预测地埋管的传热特性,均质等效热物性参数取为对应岩土分层的热物性参数值;分层岩土导热系数对地埋管传热性能影响较大,岩土平衡温度随分层导热系数比的增大而明显降低;地埋管长度和直径的比值对地埋管传热性能有所影响,岩土平衡温度随长径比的增大而升高,且其影响程度随分层导热系数比的减小而增强。     

竖直双U型埋管地热换热器支管间热短路分析

采用地热换热器准三维传热模型和数值计算的方法,对竖直双U型埋管地热换热器支管间的热短路进行了分析,讨论了管间距和回灌材料的导热系数对热短路的影响,并提出了减少热短路的措施。