350 MW余热锅炉变工况运行特性分析

  目的  整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术是高效、低碳的发电技术,余热锅炉是IGCC的组件之一。文章旨在研究余热锅炉变工况运行特性以提高整体煤气化联合循环发电技术的效率。  方法  通过分析余热锅炉的工作原理及传热传质原理,使用MATLAB软件展开编程计算,探究给水温度、给水压力、液相换热系数以及气相换热系数与余热锅炉内吸热量的关系。  结果  结果发现,当液相换热系数在200～1 000 W/(m2·K)和气相换热系数在20～100 W/(m2·K)范围内时,如果给水温度从30 ℃增加到100 ℃或给水压力增加,余热锅炉的吸热量将不断减少。反之,假设给水温度在30～100 ℃范围内,当液相换热系数从200 W/(m2·K)增加到1 000 W/(m2·K)或气相换热系数从20 W/(m2·K)增加到100 W/(m2·K)时,余热锅炉的吸热量不断增加。  结论  在液相换热系数与气相换热系数不变的情况下,给水温度或给水压力增加,余热锅炉的吸热量会减少;在给水温度与给水压力不变时,液相换热系数或气相换热系数增加,余热锅炉的吸热量会增加。     

低熔点四元硝酸盐圆管内受迫对流换热特性CSCD

为了验证经典对流换热关联式对于新型的低熔点四元硝酸盐的适用性,该文研究了不同工况下低熔点四元混合硝酸盐在套管式换热器内的受迫对流换热特性。通过套管式换热器内管中的熔盐与壳侧的导热油的换热实验,测量得到熔盐与导热油在套管式换热器实验段的进出口温度,并获得了熔盐与导热油的总传热系数。通过威尔逊分离法从总传热系数中分离得到熔盐侧的对流换热系数,从而研究圆管中熔盐的对流换热特性。结果表明:该低熔点四元盐在研究的充分发展紊流区域内,其雷诺数在1×10~4~5×10~4之间,普朗特数在4.9~15.5之间,熔盐和导热油的总换热系数在670~1300 W/(m^2·K)之间,熔盐侧的对流换热系数在2900~7800 W/(m^2·K)之间变化。根据实验数据拟合得出了低熔点四元盐在圆管中紊流段的对流换热关联式。将实验数据与经典的对流关联式比较发现,经典关联式仍然适用于低熔点四元混合硝酸盐的管内对流换热。该研究为熔融盐在太阳能热发电中的实际应用提供了参考数据。     

采暖建筑外表面热流及换热系数现场测试研究

建筑表面换热系数是建筑热工与节能及暖通空调领域的重要基础计算参数。为研究实际建筑表面热流与换热系数的波动趋势,为换热系数的取值和边界条件的设置提供合理的实测依据,采用一种新型超薄热流传感器,利用直接热平衡法,实测了西安采暖季期间的某办公建筑外墙,获取了外表面的辐射、对流及总热流,对流与辐射换热系数的变化曲线。结果表明,测试期间外表面辐射与对流换热系数分别在2.19～11.32 W/(m~2·K)和0.15～6.58 W/(m~2·K)之间变化;总热流中辐射热流平均占比80%;城市中心低风速区域,对流换热系数值较小,其取值需重新考虑;对风速较低的自然风,给出对流换热系数分别与风速和湍流度的关系式,发现对流换热系数与湍流度相关性更好;对于重质围护结构,换热系数取值带来的误差较小;而对于传热系数较大的轻质围护结构,取固定值可能会产生较大的误差。     

水平光滑细管内R32的冷凝换热特性

对流体R32在内径2 mm的水平光滑圆管内的冷凝换热特性进行实验研究。实验设定的流体饱和温度为35、40和45℃,质量流量为100~500 kg/(m2·s),热流密度7~28 k W/m2。实验获得R32在不同工况下的冷凝换热系数和摩擦压降梯度。发现其换热系数随质量流量增加而增大,随饱和温度提高而减小。入口干度和热流密度对其影响不大。摩擦压降梯度随质量流量增加而增加,相同质量流量下,随饱和温度升高而降低。并将该次实验值与其他经典换热模型和压降模型进行对比分析,发现Baird模型对该次实验的换热系数预测较好,Müller-Heck模型和Chisholm模型对R32的摩擦压降预测较好。     

600 MW超超临界循环流化床锅炉水冷壁传热特性研究

为获得超超临界压力下CFB锅炉水冷壁内、外传热特性,建立了水冷壁总传热系数计算模型,并通过高温高压条件下的实验数据拟合得到了工质侧传热系数关联式,将此关联式代入水冷壁总传热系数计算模型,使其预测精度大为提高。研究结果表明:水冷壁传热性能是工质侧传热系数、烟气侧传热系数以及水冷壁管导热性能耦合作用的结果;工质侧传热系数沿着炉膛高度的增加而增加,在30 m时出现第一次峰值,后墙、中隔墙和侧墙水冷壁传热系数分别为24.7,25.9和27.3 kW/(m~2·K),而且在此区间内波动剧烈,并在52 m附近达到最大值,后墙、中隔墙和侧墙水冷壁传热系数分别为33.8,35.1和36.2 kW/(m~2·K),超过50 m以上区域则迅速下降;在100%BMCR负荷下,水冷壁总传热系数沿着炉膛高度方向减小,在30 m以下区域,中隔墙、后墙、侧墙水冷壁总传热系数分别从220,215.2和213 W/(m~2·K)下降到了178,174和170 W/(m~2·K),而在30 m～50 m区间仅下降了4～5 W/(m~2·K),在炉膛顶部区域总传热系数几乎不变。     

基于MATLAB的聚光太阳电池温度的计算研究

以某CTJ 10 mm×10 mm聚光三结太阳电池接收器为研究对象,建立了太阳电池的热学及电学模型,改进了太阳电池的效率表达式。利用MATLAB编程对无散热条件下的太阳电池温度进行了分析计算,得出了在不同环境温度和对流换热系数条件下的太阳电池温度随聚光比变化的规律。计算结果显示:在环境温度为25℃、对流换热系数为5 W/(m2.K)的条件下,500倍聚光对应的太阳电池温度高达492.6℃。     

光管内流动冷凝换热系数预测关联式研究

选用R22、R32、R134a 3种制冷剂,对其在内径为5 mm光管内的流动冷凝换热特性进行实验。实验工况为:制冷剂质量流速500～1 100 kg/(m~2·s),冷凝温度35、40和45℃,冷冻水Re 10 000～40 000,制冷剂在测试管进出口保持2～3℃的过热、过冷度。选取Cavallini、Shah和Dobson and Chato 3个关联式的预测值与3种制冷剂在光管内换热系数实验值进行比较。结果表明:Shah关联式对换热系数的预测精度最高,其预测误差在10%以内。基于Shah关联式对管内换热机制的假设,参考Dobson and Chato关联式拟合机制,提出新关联式,±7%的预测误差,足可证实新关联式较好的预测能力。     

水平小管内R290的凝结换热特性实验

以管内径为4 mm的水平光滑铜管,质量流速100～250 kg/(m~2·s),热流密度5～10 kW/m~2,饱和温度分别为40、50、55℃,干度0～1,对R290(丙烷)进行凝结换热实验。结果表明:提高质量流速或增大热流密度,均可增大凝结换热系数;而饱和温度升高则会使凝结换热系数减小;此外,随着凝结过程的进行,干度逐渐降低,凝结换热系数通常也随之减小,仅在热流密度过大时出现先增后减的现象。最后,选取6种经典的凝结换热关联式计算凝结换热系数,并与实验结果对比,Cavallini关联式和Bohdal关联式的预测效果较好。     

青岛地区水平埋管换热器换热特性分析

水平埋管换热器的换热性能对地源热泵系统的运行节能性有重要影响。以青岛棕壤地区为例,建立了考虑太阳辐射、地表温度波动、土壤竖直方向上的温度梯度等因素的水平埋管换热器传热模型,模拟了埋管深度、土壤导热系数对水平埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明:热泵系统制冷工况下,埋深2 m和2.5 m时对应的换热量较埋深1.5 m时的对应值分别增加了10.4%和15.4%;土壤导热系数由1.278 W/(m·K)增加到3.278 W/(m·K)时,水平埋管的换热量增加了68.24%;HGHE的传热效率随着埋深和导热系数的增加而不断提高。以埋深2 m为界,上部区域的土壤温度受气温和太阳辐射的影响较大,下部区域主要受地埋管换热影响。     

一种现场测定土壤源热泵岩土热物性的新方法

利用现有土壤源热泵实验台测定了岩土热物性参数,采用传热学反问题的方法对实验数据进行分析。测试过程中从岩土取热,U型地埋管换热器形成一个线热汇,使其在测试过程中与热泵实际运行时的工作状态相接近,测试更准确,节省测量过程的耗电量。以每个采样时刻作为计算节点,取平均值作为计算结果。测定结果显示岩土导热系数为3.2W/(m·K),回填材料导热系数为2.0W/(m·K),岩土热扩散率为0.85×10~(-6)m~2/s。可靠性分析表明:其标准误差分别为0.08W/(m·K),0.04W/(m·K)和0.039×10~(-6) m~2/s。     

不同地质条件下地埋管热响应测试分析与比较

为获取不同地质条件下地埋管换热器换热特性,选取位于夏热冬冷地区的三个测试地点:浙江莫干山、上海浦江镇、江苏盐城。分别对所在地的地源热泵系统地埋管换热器开展热响应试验,利用线热源模型进行计算分析。得到莫干山、浦江、盐城的岩土导热系数分别为2.40 W/(m·℃)、1.92 W/(m·℃)、1.84 W/(m·℃)。岩石地质所具有的高热扩散性对地埋管换热器换热效果有促进作用;不能用"单位延米换热量"这个单一参数分析地埋管换热器换热效果。     

土壤源热泵地下水平埋管换热性能及其周围土壤温度场的影响研究

通过建立地下水平埋管换热器模型,模拟了土壤导热系数对埋管及其周围土壤温度场分布和埋管换热量的影响.分析了埋管管材及埋管埋深、管径、管壁厚度等对埋管换热的影响.模拟结果显示,当土壤导热系数从1.1W/(m·℃)增大到2.5W/(m·℃)时,埋管单位管长换热量增幅达100.8%,且到埋管距离越近的点,其土壤温度随土壤导热系数的变化相对较快.地下二层埋管外表面温度及其周围土壤温度变化比地下一层换热稳定性好,换热量大.适当的加大管径,减小管壁厚,有利于增强埋管换热.     

超临界CO_2在水平螺旋槽管内冷却换热的数值研究

建立了螺旋槽管的三维实体模型,使用ANSYS Fluent软件模拟了在不同的冷却压力、质量流量以及进口温度下超临界CO_2在水平螺旋槽管内的流动与传热特性。结果表明:流体的整体换热系数随冷却压力的增大而降低,随进口温度变化不显著;随着质量流量的增加,浮力效应所产生的影响降低,局部换热系数的峰值增大。在考虑了流体性质的基础上,建立了槽管冷却过程中超临界CO_2对流换热系数关联式,并与文献实验值进行了对比,验证了关联式的准确性。     

激光闪射法对石墨烯薄膜导热性能的研究

石墨烯是目前发现的导热系数最高的材料,其理论导热系数值可达5 300 W/(m·K),成为新一代最具潜力的高导热材料。文中采用激光闪射法研究了石墨烯薄膜横向和法向的热扩散系数,并根据测试的密度和比热计算得出导热系数。研究表明:横向热扩散系数随着薄膜厚度的增加而不断减小,当MCT检测器在电压为260 V,脉冲宽度为100μs,信号高度为1 V,Inplane+各向同性计算模型下,高温烧制薄膜横向热扩散系数高达740.16 mm~2/s,是法向的238倍,导热系数为1 252.28 W·(m·K)~(-1);压片法制得的石墨烯薄膜的横向热扩散系数为7.58 mm2/s,是法向的19倍,导热系数为9.43 W·(m·K)~(-1)。     

热泵低温蒸发系统用于工业废水浓缩性能研究

为降低工业废水处理量,采用低温蒸发技术,设计一套以金属丝网波纹规整填料为蒸发器芯体、以空气为萃取剂的热泵低温蒸发系统,对其进行工业废水蒸发浓缩性能实验,分析空气质量流量、废水质量流量及废水入口温度3个可控参数对该系统浓缩性能的影响。结果表明:在实验条件下,浓缩率、浓缩效率、传质系数及传热系数最大值分别为9.23 g/kg、94.25%、9.56 g/(m~2·s)和1.62 W/(m~2·℃)。对实验数据进行回归分析,得到填料蒸发器内废水浓缩效率实验关联式,关联式计算值与实验值的最大偏差在±20%以内,平均偏差为2.04%。     

套管内海水流动的对流换热特性研究

为分析套管内海水流动的对流换热特性,搭建了套管内海水流动的实验台,通过实验数据确定了套管内海水温度分布,并得出实验范围内的换热准则关联式,并对拟合换热关联式的误差进行了分析。结果表明:套管内海水对流换热的强弱主要由换热装置尺寸、海水物性以及紊流热扩散系数决定;实验数据拟合得出,在热流密度为1.66×10~4～6.6×10~4 W/m~2、雷诺数为4 837～16 068时,恒热流条件下套管内海水换热准则关联式为Nu=0.015Re~(0.645)Pr~(0.39);拟合换热关联式的误差分析发现,主要工况的Nu实验值与拟合关联式的Nu数值误差范围在±20%以内。     

超临界CO2螺旋槽管内冷却换热特性的数值模拟及实验研究

为了研究超临界CO₂螺旋槽管内的流动换热特性,本文首先在入口温度323.15 K、入口压力8.0 MPa、入口雷诺数35 000、总热量4 200 W的条件下对不同结构参数的螺旋槽管进行了数值计算,分析了各参数对换热系数及流动过程的影响,并根据换热评价因子,得到了最优螺旋槽管结构（管槽半径r₁为6.5 mm,管槽圆角r₂半径为2.0 mm,管槽槽深e₁为5.5 mm,套管间距e₂为1.0 mm,螺旋角w为0.70 rad）。在此基础上,实验研究了不同压力、不同入口雷诺数对换热系数的影响,得出其影响机理。分析换热系数的影响因素,并结合数值计算和实验数据,建立了超临界CO₂螺旋槽管内冷却换热关联式,并对实验数据进行了预测计算。结果表明,预测值与实验值的平均绝对值偏差为11.65%,最大绝对值偏差不超过25%,证明了其具有较好的准确性。     

小型轴向槽道热管蒸发段换热系数的研究

通过试验的方法对直径为6 mm,长为210 mm的小型轴向槽道热管蒸发段换热系数进行研究,并得出计算模型。热管管内工作介质为水,蒸汽饱和温度分别为40、50和60℃。通过测定,得出在水平工作状况下,热管管内汽化换热系数受传输功率、温度差和饱和蒸气压的影响不大;汽化形式以蒸发为主;并且通过半理论分析和试验的方法得到在试验条件范围内,热管蒸发段换热系数基本稳定在30 500 W/(m2.℃)±25%。     

高压汽水两相流摩擦阻力特性的研究

研究国产600MW直流锅炉水冷壁管在亚临界及近临界压力区的摩擦阻力特性。试验段为25×3mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管,试验参数为:压力p=12～21MPa,质量流量G=400～1200kg/(m2.s),质量含汽率x=0～1.0。试验研究了工质压力、质量流速和质量含汽率对摩擦阻力的影响。根据所得的大量实验数据,在理论分析的基础上得出了可供设计使用的水冷壁管摩擦阻力的关联式,计算值与试验值的相对误差在15%以内。     

螺旋管传热系数的研究

螺旋管传热器优越的结构和传热特性,使其在传热领域得到了广泛应用.采用实验方法对其对流传热系数进行了测定,并利用Fluent软件对螺旋管传热情况进行了模拟.结果表明,在设定的实验条件下,水-水螺旋管传热系数,自然对流情况下为350~550 W/(m2·K),强制对流(搅拌状态)下为400~650 W/(m2·K),所建立的Fluent软件模型能基本反映流场的实际情况,其计算结果与实验情况基本吻合.