电站凝汽器蒸汽流动和换热的数值模拟

提出了一种凝汽器的准三维模拟方法，它可以考虑冷却水温度变化产生的三维影响，也能反映冷却水流程布置对冷凝器性能的影响。用多孔介质及分布阻力等概念模拟凝汽器中的管束和折流板等几何形状。所得的控制方程组用ＳＩＭＰＬＥ方法求解。针对１台２００ＭＷ凝汽器进行了数值分析，计算结果与实验数据作了对比，结果是令人满意的。图１１表２参７     

蒸汽蓄热过程单个汽泡的传热传质数值模拟

蒸汽蓄热器是一种高效的储存蒸汽热能的设备。从传热传质的角度,推导出蒸汽蓄热过程中单个高温蒸汽泡在低温连续液相中的汽泡半径比k和努赛尔数Nu的数学表达式。通过Mat Lab模拟出汽泡半径比k和努赛尔数Nu与汽泡上升速度U、汽泡初始半径R0和汽液两相温度差ΔT随时间的变化规律。研究表明,汽泡半径比k随着汽泡的上升逐渐减小。努赛尔数Nu随着汽泡的上升先减小后增大。在汽泡初始半径R0和汽泡上升速度U相同的工况下,存在一个最优汽液两相温度差ΔT,使得汽泡半径比k和努赛尔数Nu曲线下降最快。加快汽泡上升速度U、减小汽泡初始半径R0以及选择合适的汽液两相温度差ΔT,可以提高蒸汽蓄热过程的传热效率。     

竖直矩形细通道内水沸腾换热的数值模拟

对宽度为1和O.1 mm竖直矩形细通道内的沸腾换热展开研究,通过数值模拟的方法探索汽泡生成、长大和脱离的过程;用几何重构和界面追踪的方法获取相界面移动和变化对系统内压差以及平均表面换热系数的影响,计算中考虑了重力、表面张力和壁面黏性的作用.发现:通道宽度的不同对汽泡生长方式和汽泡形态产生很大影响,并由此导致临界热流密度...     

湿烟气冷凝换热的数值模拟

为了对湿烟气冷凝换热过程进行深入细致的研究,采用计算流体动力学(CFD)方法对某湿烟气冷凝换热装置进行数值模拟,得到了该装置内部的速度场、压力场、温度场和传热系数的分布情况,并将其应用到某330 MW亚临界燃煤机组上.结果表明:本文数值模拟结果与该湿烟气冷凝换热装置实际运行结果基本吻合,可以作为同类装置的重要设计依据.     

新型轴对称内翅管换热过程的数值模拟

采用数值模拟的方法,对新型整体式轴对称不等高内展翅片换热管的管内流动、换热及阻力特性进行了研究,并将模拟结果分别与实验测量值和光管经验公式计算值进行了比较,结果表明:数值模拟结果与实验测量结果和经验公式计算结果符合得较好;新型内翅片管的强化换热效果最好,其换热系数约为光管的1.67~2.27倍,为中心对称翅片管的1.17~1.35倍;内翅片管的阻力系数是光管的1.44~2.20倍,中心对称和新型内翅片管具有基本相同的阻力系数;8翅和10翅新型内翅片管的综合性能参数较优.     

膜片管通道流动与换热过程的数值模拟

采用SIMPLE算法模拟膜片管通道中的流动与换热,分析流场中出现的非线性现象以及不同管束排列方式对换热的影响。物理模型长度为185. 6 mm,高度为92. 8 mm,圆管直径为32 mm。烟气入口温度为400 K,上下两侧固体壁面温度为300 K。假设流动与换热进入充分发展阶段,雷诺数(Re)的取值范围是3 000～25 000,通入不同流速的烟气与两侧的壁面进行换热。结果表明:采用雷诺应力模型(RSM)所得的努塞尔数(Nu)与实验关联式结果最吻合,而且相对误差在5%～17%间;采用直接模拟(DNS)模拟时,稳态到非稳态的临界Re是100;在同一Re时,随着管间距减小,Nu是逐渐增加的,当Re取为25 000,管束水平间距和竖直间距均取为43. 2 mm时,通道换热能力达到最大且相应的Nu是195. 23。     

两相流振荡换热过程数值模拟分析

为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响。通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动。研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合。此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的。喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数。     

基于CFx的蒸汽蓄热器放汽闪蒸过程数值模拟

利用计算流体力学软件CFx,采用k-ε双方程模型,对蒸汽蓄热器放汽过程进行了数值模拟,分析了蓄热器内部两相流流动和不同放汽方式对闪蒸产汽率的影响。结果表明:出口压降方式不同,蒸汽蓄热器内压力响应和出口产汽率波动也不同;压降速率越快,闪蒸初期产汽率波动越大,但趋于稳定的时间越短。研究结果对平衡热力系统能量供需和各设备之间的稳定运行提供了参考。     

等温竖壁自然对流换热的数值模拟

采用相似变换及箱形格式对等温竖壁自然对流换热进行数值模拟,计算结果与传统的相似解结果相符,表明用此方法求解自然对流换热问题是可行的。     

螺旋槽管换热过程的三维速度场与温度场耦合数值模拟

根据螺旋槽管换热器结构特点及传热特性,建立了以水为工质的换热器流动与传热的三维几何模型。运用有限元分析软件ANSYS模拟出换热器在换热过程中速度场与温度场的状况,分别得到了螺旋槽管内壁与外壁的对流换热系数。结果表明:槽深越大,随着Re增大,换热性能越好;当Re较小时,螺距越大,换热效果降低。其与该类光管换热器相比,得出螺旋槽管的换热系数是光管的2.5倍左右,强化了传热,为此产品的进一步理论研究和推广应用提供了依据。     

高能管道断裂蒸汽喷射过程数值模拟

使用star ccm+软件,以完全断裂的高能管道为研究对象,针对3~15MPa的饱和蒸汽喷射过程进行了数值模拟研究。主要研究了管道断裂后喷射过程中喷射锥的影响范围、喷射锥内压力和速度分布规律,并针对不同的压力、喷管长径比研究了喷嘴后不同位置处所受的喷射冲击力。研究表明在喷嘴出口处压力快速下降,蒸汽速度迅速增大,之后会有一定波动;压力升高对喷嘴出口蒸汽最高速度的影响不大,但会影响喷射冲击力的大小;除此之外,距喷嘴出口处的距离、喷管长径比等也会影响喷射冲击力的大小。     

汽-汽再热器内流动与换热特性数值研究

为了揭示汽-汽再热器的换热特性,本文首次通过三维数值模拟的方法对汽-汽再热器内的流动、换热及熵产特性进行了研究。结果显示,当高温蒸汽流速较小时,高温蒸汽侧进口处的温度梯度较大,而低温蒸汽侧出口处的温度变化不明显;随着高温蒸汽流速增大,高温蒸汽沿流程的温度梯度逐渐减小,低温蒸汽出口平均温度逐渐增大,同时换热器内局部熵产值逐渐增大;随着管壳式换热器隔板数的增加,低温蒸汽出口平均温度逐渐增大,但增幅逐渐减小。     

组合式高温相变蓄热器蓄热过程的数值模拟

通过对相同管径蓄热管组成的高温相变蓄热器蓄热过程进行模拟,得到了蓄热过程中相变材料(PCM)温度和液相率随时间的变化曲线以及不同时刻液相率的分布云图。针对温度曲线和云图所显示的问题,在保证蓄热量的前提下,提出了蓄热管组合式排布的设计方案,并对其蓄热性能进行了模拟。研究结果表明,采用所提出的组合式方案有效地减少了蓄热时间,降低了"死区"对蓄热器蓄热性能的影响,使PCM的液相率分布更加均匀,可为用于太阳能热发电的高温相变蓄热器的优化设计提供理论依据。     

褐煤干燥过程对流传热特性的数值模拟

以干燥器内对流传热问题为研究对象,建立了褐煤干燥过程气-固对流传热模型。通过流-固界面传热耦合,利用CFD仿真技术进行模拟,对褐煤在不同粒径、风速及温度下的干燥过程进行了数值模拟,得到不同工况下的温度场分布及对流传热系数。根据模拟结果拟合得到气-固传热关联式,结果表明该关联式与褐煤干燥过程较吻合,可为工程实践提供理论指导。     

腔式太阳能高温空气吸热器传热过程数值模拟

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电站的腔式高温空气吸热器,建立了吸热器内部空气流动及传热过程模拟数学模型,并通过数值方法,模拟了吸热器内部的空气流场和温度场。结果得知:空气进入吸热器后,沿内壁面轴向高速流动,随着深度的增加,速度越来越小,到达底部时速度最小;在压差的作用下,进入吸热器内部的空气会不断流向和冲刷针肋及壁面,而主流方向的流量不断减少;空气通过冲刷高温针肋及壁面不断吸收热量,温度不断升高;由于吸热器底部空气速度较小,对流换热系数较小和热流密度较大,因此该处温度较高,是整个吸热器的最脆弱部位;在高辐照强度情况下,虽然加大空气流量可降低吸热器壁面的温度,但由于其对流换热系数与空气流速不成正比例,壁面温度一般还会有所升高。     

液态金属浇注过程中流动与传热耦合数值模拟

浇注系统的设计是铸造工艺设计的主要内容。利用数值模拟技术,可对浇注系统进行优化设计。建立了液态金属流动和传热的数学模型,讨论了边界条件、初始条件的选择,对液态金属浇注过程中的流动与传热耦合问题进行了数值模拟,并对模拟结果进行了讨论。所得结论对于浇注系统和过程的优化设计具有重要的实用价值。     

螺旋扭曲椭圆管换热器壳程数值模拟

以水为介质,采用k-ε模型,用数值模拟方法研究了5种不同结构的螺旋扭曲椭圆管换热器的管外壳程传热与流阻性能,并和采用椭圆管作为换热部件的换热器进行了比较.研究结果表明,螺旋扭曲椭圆管换热器壳程有较好的强化换热特性,螺旋扭曲椭圆管的几何尺寸和流体流动速度对壳程传热与流阻性能有重要影响.通过数值模拟所获得的规律为螺旋扭曲椭...     

增强型地热系统水平井平行多裂隙换热过程数值模拟

干热岩(HDR)是一种清洁的可再生能源,主要通过增强型地热系统(EGS)进行开发。由于将水平井多裂隙开发技术应用于EGS中,能够提高EGS的经济效益,因此文章建立三维EGS水平井平行多裂隙模型,并采用CFX软件模拟分析了不同注水流量条件下EGS的运行性能,揭示了裂隙内流体的流动特征与EGS釆热机理之间的关系。研究结果表明:裂隙中的流体会形成流动短路和流动死角,导致EGS的开采率降低;裂隙中流体的温度场会受到流体的流动特征以及热储层温度场的影响;注水流量是影响EGS运行寿命和开采率的关键因素,较大的注水流量会产生流动短路,进而缩短EGS的运行寿命,但会提高EGS的开采率。     

Numerical simulation of heat transfer enhancement in wavy microchannel heat sink

In this paper, heat transfer and water flow characteristics in wavy microchannel heat sink (WMCHS) with rectangular cross-section with various wavy amplitudes ranged from 125 to 500 μm is numerically investigated. This investigation covers Reynolds number in the range of 100 to 1000. The three-dimensional steady, laminar flow and heat transfer governing equations are solved using the finite-volume method (FVM). The water flow field and heat transfer phenomena inside the heated wavy microchannels is simulated and the results are compared with the straight microchannels. The effect of using a wavy flow channel on the MCHS thermal performance, the pressure drop, the friction factor, and wall shear stress is reported in this article. It is found that the heat transfer performance of the wavy microchannels is much better than the straight microchannels with the same cross-section. The pressure drop penalty of the wavy microchannels is much smaller than the heat transfer enhancement achievement. Both friction factor and wall shear stress are increased proportionally as the amplitude of wavy microchannels increased.     

Numerical study of heat transfer characteristics of semi-coke and steam in waste heat recovery steam generator for hydrogen production

With the steam obtained from the waste heat of high temperature semi-coke, the hydrogen production through gasification method is considered more commercially. The heat transfer of semi-coke bed and steam was investigated using an unsteady convection heat transfer three-dimensional model of semi-coke. The effects of particle size, steam flow and particle bed thickness on heat transfer characteristics were considered. The particle temperature calculated by three-dimensional model was in good agreement with the corresponding particle temperature of experiment. The heat transfer characteristics of single particle, the particle temperature, the amount of heat recovery and the heat flux were investigated. The results show that, in the first 10 min of the heat transfer of semi-coke bed and steam, the bottom particle temperature decreases rapidly, but the top particle temperature is almost unchanged. The heat transfer rate evolution of the single particle in different positions is revealed. The heat transfer rate evolution of the bottom particle is different from that of the middle particle and top particle, and the heat transfer rate evolution of middle particle is similar to that of the top particle. The particle size, the steam flow and the particle bed thickness have great influence on the heat transfer mechanism of semi-coke and steam, and the 7.5 kg/h is considered to be the best steam flow for heat recovery. The intrinsic heat transfer mechanism between semi-coke bed and steam was revealed.