蒸汽在扁平管内逆流流动凝结实验与理论分析

针对火电机组直接空冷凝汽器扁平管内蒸汽凝结换热过程,设计并搭建了水冷扁平管内可视化流动凝结实验台,开展管内凝结换热研究。建立涵盖壁面薄液膜和圆弧段液池的流动凝结分析模型,得到凝结液膜发展相关方程。特别对于壁面液膜双曲型发展方程,考虑其对流特征和物理守恒特性,提出共轭梯度法-牛顿法-模拟退火相结合的稳态求解算法,避免传统非稳态方法的复杂性。可视化实验结果表明,管内汽液两相分层流动,扁平管圆弧底部形成了液池。对应的理论分析结果更加细致地表明,管内凝结换热为分层流型,液池液膜厚度为1 mm量级,壁面液膜相比液池液膜薄很多,因而具有较高的凝结传热系数。分析结果为判断冬季低温环境运行时管内冻结起始位置提供了依据。     

用于汽轮机排汽冷却的蒸发式冷凝器模型及性能分析

蒸发式冷凝器兼具传热性能好和节水的优势,在大型动力系统冷却中具有广阔的应用前景。建立了蒸发冷凝器的理论分析模型,提出了蒸发式冷凝器用于冷却小型汽轮机排汽的设计方案;获得了喷淋水温度、空气和蒸汽的焓值在冷凝器内沿程的变化规律,并对喷淋水量、配风量和空气温度等影响冷凝器性能的影响因素进行了分析。研究结果对蒸发式冷凝器在火力发电行业的应用具有参考意义。     

采用不等径结构自激振荡流热管实现强化传热

针对不等径结构回路型自激振荡流热管,利用电加热板作为热源,通过改变加热板的输入功率以及加热板的位置,对其壁温和热传输特性进行了实验研究,并与等径结构回路型自激振荡流热管在相同的工质及充液率,相同的热管长度及倾角,以及相同的电加热热板位置等条件下的传热特性进行了对比分析.结果表明:不等径结构自激振荡流热管在中、低负荷情况下,可以起到明显的强化传热作用;而当不等径位置在热管的最下面、热源位置在变径区域的下部时强化传热效果最佳.     

间接空冷系统空冷散热器运行特性的数值模拟

以某6×1000 MW间接空冷电厂主要建筑物和空冷塔平面布局为例,通过CFD模拟,得到了冷却空气流场、温度场,分析了机组热负荷、环境气温、风速、风向对空冷散热器进口空气流速的影响.结果表明:处于环境风上游的空冷散热器单元,其迎面风速最大,空气温度最低,冷却效果最好;而处于侧面的空冷散热器单元,迎面风速最小,空气温度最高,冷却效果最差.随机组热负荷增加,空冷散热器冷却空气流量增加,随环境气温、风速增加,空冷散热器冷却空气流量减小.风向的改变也会影响散热器的运行特性.     

微细管内电渗流动的瞬态热效应

建立微细圆管内电渗流动的非稳态数学模型,模型通过温度将电渗流的Poisson-Boltzmann方程、动量守恒和能量守恒方程耦合起来.详细讨论了在电渗流的初始阶段,焦耳效应对温度场和速度场演化的影响.同时讨论了不同冷却条件和外部电势场强度条件下,电渗流速度场及温度场变化的特点以及自热的发生过程.研究发现,由于速度场的发展主要受温度主控的电解液黏度影响,因此速度场和温度场是同步发展起来的.通过所得到的结果可以为微细管内的电渗流确定合适的冷却条件,以便同时达到有效抑制样品温度和获得较高流动速度的目的.     

直接空冷系统流动特性的多尺度模拟研究

为分析大型火电机组直接空冷系统的复杂流动特性,提出了一种多尺度同步模拟方法:针对小尺度空冷凝汽器单元区域,采用正交分解方法(POD)建立关于空气速度场、湍动能和湍流耗散率的低维模型并进行求解;在空冷单元与空冷岛的跨尺度界面上,将低维POD解保留的小尺度传输信息作为边界条件,实现对大尺度区域流动和传输特性的数值模拟.以二维空冷凝汽器单元与空冷岛组成的多尺度物理模型为例,对该方法进行了验证.结果表明:所提出的多尺度同步模拟方法能够实现空冷系统空气流动特性的跨尺度关联,揭示出不同尺度湍流涡的相互作用机制;与传统数值模拟技术相比,显著节省了计算时间和计算资源,且所得模拟结果精度较高.     

间接空冷自然通风冷却塔抽力计算公式

在电厂冷却塔的设计中,根据塔内外空气密度差计算塔内抽力应用较广泛,但缺少理论依据,且计算结果存在较大误差,Kroger算法考虑了相关作用因素的影响,计算精度较高,但计算形式复杂。以间接空冷自然通风冷却塔为模型,通过实验和数值模拟对比了塔内抽力密度差模型和Kroger模型的准确性,指出了后者计算抽力结果更准确的原因,其影响因素主要包括:冷却塔高度、环境大气温度及循环水进口温度。分析结果表明:当环境大气温度和循环水进口温度条件不变时,随冷却塔高度的增加,密度差模型较Kroger模型的相对误差随之增大,则计算的换热量误差亦增大。同理,在其他2个条件不变时,随环境大气温度的升高或随着循环水进口温度的降低,相对误差增大。分析结果为自然通风冷却塔抽力计算公式的适用范围以及不同条件下计算方法的选择提供了理论依据。     

水泵水轮机旋转失速现象综述北大核心CSCD

旋转失速是水泵水轮机等旋转流体机械内部流动中普遍存在的不稳定现象。本文综述了水泵水轮机在水轮机工况运行过程中的旋转失速现象的主要特征及其传播特性。一方面,本文详细介绍了水泵水轮机旋转失速的基本概念、产生条件、形成机理以及失速团的传播和发展。另一方面,本文综述了识别旋转失速的常用方法,包括压力脉动时域和频域信号分析、气泡与线簇可视化实验等。为了进一步探究旋转失速对机组稳定性的影响,文章最后提出了两个在旋转失速研究中值得关注的问题。     

交错蛇形短翅片对扁平管外传热的强化

在火电机组直接空冷凝汽器中采用空冷技术,可以有效降低富煤缺水地区火力发电对水资源的消耗。通过数值模拟的方法,对锯齿形短翅片应用于火电机组直接空冷凝汽器扁平管空气侧强化传热的可行性进行探讨。研究发现,,采用所提出的扁平管交错蛇形短翅片结构,与传统的连续蛇形翅片相比,在各种迎面风速条件下均能起到强化空气侧传热的效果。随着短翅片交错排数的增加,翅片变短,强化传热的效果更为明显。在n 5时,强化传热综合性能评价准则数(performance evaluation criteria,PEC)可达到1.05~1.09;但随着迎面风速的增加,流动阻力的增加变得更为显著,强化传热的效果受到抑制。利用实际数据对模型的有效性进行验证,并对计算域网格数进行校验,结果表明所得结论具有一定的可靠性。     

竖管内蒸发降液膜流动的不稳定性分析

引入能量分析方法，探讨流动的惯性力、气液界面和管壁界面上的表面张力对波动薄液膜的作功机制，从物理上解随液膜流动雷诺数及拢动波长的拉以及液膜波动加剧的规律。分析表明：液膜蒸发条件下的热流率增加造成壁面毛细吸附力维持液稳定的作用降低是导致液膜断裂的主要原因。