流化床太阳能粒子吸热器内流动传热数值模拟

基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法对内循环流化床固体颗粒太阳能吸热器中的气固两相流动进行建模,结合P1辐射模型,对吸热器内颗粒流动和传热过程进行了研究,并通过试验数据对模型进行了验证。模拟研究了吸热器在内部强制再循环作用下的颗粒流动和传热过程,分析了气体质量流量、颗粒浓度、再循环率等参数对吸热器内颗粒流动传热的影响。结果表明,气体质量流量的增加会使轴向的颗粒温度增加;随着颗粒体积分数的增大,吸热器出口气体温度和热效率均增大,但是当颗粒体积分数超过0.06%时,颗粒体积分数的增大会导致吸热器的净吸收能力和出口气体温度降低;再循环速率增大,出口气体温度和热效率呈现先增大后减小的趋势,表明需要选择合适的再循环速率以保证吸热器的良好性能。     

熔盐吸热管非稳态对流换热特性

实验研究了高温熔盐吸热管的非稳态对流换热特性。研究发现：加热热通量与熔盐流量变化将引起吸热管内熔盐的非稳态对流换热过程,熔盐出口温度与管壁温度变化趋势一致但变化速度较慢。熔盐进口温度越低时,熔盐黏度越大,非稳态过程进行得越慢;热通量变化量增大时,温度变化速率加大,但非稳态持续时间变化不大;熔盐流量变化的影响最为显著,熔盐流量增大时,非稳态过程显著加快。吸热管有保温层时,熔盐的非稳态对流换热特性与无保温层时基本一致,但管壁温度相对较高。     

外露管式熔盐吸热器动静态特性研究

以某50 MW塔式光热发电项目外露管式熔盐吸热器为研究对象,进行了建模,通过理想条件下的动静态仿真和实际气象条件下的模拟,给出吸热器特性参数的动静态响应曲线,提出了吸热器出口盐温控制的改进方法,分析了其在实际气象条件下的运行特点,总结了以下规律：吸热器表面最高温度、温度梯度、散热功率与太阳法向直射辐照度的变化基本呈正比关系;效率随太阳法向直射辐照度增大而升高但斜率逐渐减小;风速主要影响对流散热功率;太阳法向直射辐照度扰动下吸热器出口熔盐温度、表面最高温度、散热功率的过渡过程响应时间较吸热管轴向温度梯度更长,效率在瞬间突变后会重新逐渐回复到接近扰动前的水平;流量阶跃下降对吸热器性能影响更大。利用吸热器特性参数与太阳法向直射辐照度和熔盐流量三者间的定量关系可改进运行中的熔盐流量调整策略。     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。     

75t/h循环流化床锅炉性能测试及基于Aspen Plus模拟研究

为寻找循环流化床(CFB)燃煤锅炉机组热损失的原因,以额定负荷75 t/h CFB燃煤锅炉为试验平台,对其进行热力性能测试,为与实测法对比,利用Aspen Plus流程模拟软件对CFB锅炉进行建模计算,提出一种基于Aspen Plus模型法获得CFB锅炉热效率的新思路。试验选取低负荷、满负荷、高负荷3种运行工况,利用反平衡法通过热力计算求得各项热损失,探究不同运行工况参数对CFB锅炉热效率的影响,并分析了不同运行工况下,飞灰及炉渣中未燃尽碳(UBC)含量的分布规律。通过对CFB锅炉的煤热解、煤燃烧、气固分离和热交换4个子过程进行建模,利用现场稳定运行的锅炉各级换热设备进出口流股温度、压力、流量等数据,对满负荷(工况2)条件下锅炉各项热损失、锅炉热效率及炉膛出口烟气组分浓度进行计算。根据实测数据与模拟结果的比对,验证建模的准确性、可靠性。结果表明:模型法与实测法数据吻合良好,能够精准预测炉膛出口烟气的组成;通过对比锅炉各项热损失及热效率,发现排烟热损失q2实测结果为7.75%,模型结果为6.48%;固体未完全燃烧热损失q4实测结果为3.72%,模型结果为3.17%;二者相对误差较小,说明利用Aspen Plus建模可以对排烟热损失及固体未完全燃烧热损失进行较为精准的预测;模型计算得到的锅炉热效率为88.66%,实测锅炉热效率为87.426%,相对误差仅为1.41%,实测法和模型法对热效率及各项热损失的计算结果极为接近,验证了建模思路及方法的准确性和可靠性,也印证了基于Aspen Plus模型法计算CFB锅炉热效率的可行性; 3种工况下锅炉运行存在排烟温度高、飞灰含碳量高、实际热效率偏低未达到锅炉设计值等问题;入炉煤燃烧后飞灰中的UBC含量较高,为13.28%～16.40%,炉渣中UBC含量较少,为2.92%～3.39%; 3种工况下锅炉排烟热损失在7.64%～7.93%,固体未完全燃烧热损失在3.72%～4.69%,锅炉热效率在86.14%～87.43%,且η2η3η1。说明基于Aspen Plus对CFB锅炉建模进行锅炉热力计算可行、可靠。     

W型波纹板束的数值模拟和实验研究

运用Fluent软件对一种用于气-气换热的W型波纹板束进行了数值模拟研究。模型采用三板双流道的模式,分别模拟计算出不同热侧入口温度、热侧入口速度和冷侧入口速度的工况下,板束的换热效率及压力降,并进行对比分析。对W型波纹板式换热器进行实验研究,验证数值模拟和理论分析的合理性。研究结果表明:随冷热流体入口速度和热流体入口温度的增大,W型波纹板束的换热系数增大,同时压降也会增大。实验结果与模拟模拟结果基本一致且误差在15%左右。     

熔盐吸热管瞬态传热特性的数值研究

建立熔盐吸热管瞬态传热的实验台和数值计算模型,分析管外壁热通量突变、熔盐流速突减、外壁热通量和熔盐流速同时突减对吸热管瞬态传热特性的影响规律,结果表明：管外壁热通量突变（突增或突减）时,吸热管入口段的管中心熔盐温度变化较小,但其管壁温度变化较快。管内熔盐流速突减时,熔盐出口温度和管外壁温度均随时间的推移逐渐增大,而管外壁与管内壁温差随时间的推移先降低后升高,t≥16.0 s,各温度和温差基本稳定。吸热管外壁热通量和管内熔盐流速同时减半时,管中心及出口熔盐温度均随时间的推移先升高后降低,稳态后两处熔盐温度保持定值且与瞬态开始前对应熔盐温度接近。吸热管瞬态稳定后的管外壁与管内壁温差和管外壁热通量变化呈正比,与熔盐流速变化无关。得到瞬态稳定后吸热管熔盐出口温度表达式,为瞬态传热过程中吸热器熔盐出口温度控制提供理论依据。     

导热油炉的传热计算分析

分析了导热油炉的传热计算方法,包括炉子热平衡、炉膛辐射换热和对流换热计算。并论述了炉膛出口烟气温度、炉膛辐射受热面、对流段烟气流速和排烟热损失等问题。     

夹点对超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环性能的影响

研究了超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO2)布雷顿再压缩循环回热器的夹点问题,分析了换热器夹点对SCO2布雷顿再压缩循环热效率、净输出功、不可逆损失和?效率等性能的影响,阐述了膨胀机进口温度和循环压比对SCO2布雷顿再压缩循环的影响,并比较了再压缩循环和简单回热循环的性能。结果表明:夹点的位置随着分流比的增大,先出现在低温回热器低温侧的出口,然后出现在低温回热器内部,最后出现在低温回热器低温侧进口;在给定的初始条件下,分流比存在最小值,随着分流比的增大,循环的热效率和?效率先增大后减小;分流比对加热器、低温回热器、冷却器和高温回热器的?损失有较大影响;压比的增大和膨胀机进口温度的升高都会使再压缩循环最小分流比减小;在一定分流比下,再压缩循环的热效率比简单回热循环要高。     

太阳能固体颗粒吸热器数值模拟研究

太阳能固体颗粒吸热器是一种利用自由下落的固体颗粒来吸收聚焦太阳辐射的吸热器。考虑了颗粒相与流场之间的相互作用以及颗粒相对辐射场的影响,基于离散相模型和DO辐射换热模型,对固体颗粒吸热器中幕状物的形态以及吸热性能进行了数值模拟,讨论了辐射强度、颗粒直径、颗粒质量流率、颗粒吸收率和颗粒初温对固体颗粒吸收器的流场和热性能的影响规律。模拟结果表明:颗粒质量流量和颗粒粒径对吸热器效率的影响明显;入射辐射强度从500 kW/m~2增加到1 500 kW/m~2时,颗粒出口温度提高,吸热器效率从46.51%逐步增加到49.74%;颗粒粒径从1 297μm减小到500μm时,吸热器效率由35.5%增加到52.1%;颗粒质量流量从1.2 kg/s增加到6.7 kg/s时,颗粒出口温度降低,吸热器效率从23.8%增加到57.6%;颗粒初温由300 K升高到900 K时,颗粒温升降低,吸热器的效率从42.2%下降到37.9%。     

超音速天然气脱水装置螺旋导流器的设计与优化

为了探究超音速天然气脱水装置螺旋导流器的最优叶片出口角,文中基于某天然气的实际组分,设计了超音速低温分离器的螺旋导流器,并利用FLUENT软件对其螺旋流发展段进行了模拟分析,将数值模拟结果与理论计算和同类设备进行性能对比,验证了其结构的合理性。分别对叶片出口角为20°,25°,30°,35°,40°螺旋导流器的模拟结果进行分析得出:出口角从20°增大至25°时,切向速度大幅度减小,继续增大,其值变化较小;不同出口角下,轴向速度基本不变,而径向速度变化较大,出口角30°时,径向速度波动最小,稳定性最高;通过比较动能与压降比值的差异,出口角25°—35°时,其值较好。综合来看,叶片出口角在30°左右其速度分布与压降损失最为合理。     

平直开缝翅片和波纹翅片管换热器换热特性的数值模拟

采用FLUENT数值模拟方法,研究了平直翅片、平直开缝翅片、正弦波纹翅片和均匀倾角波纹翅片4种形式的翅片管换热器的空气侧流动和传热特性。分析出2种不同的波纹形式以及翅片开缝对翅片管换热器换热特性的影响。改变进口风速,在不同雷诺数的工况下,得到4种换热器的换热量Q、努塞尔数Nu、压降△P以及阻力因子f等与进口风速u和雷诺数Re的关系。结果表明进口风速增大,雷诺数增加,可显著提高换热器换热量,然而同样带来更多的阻力损失。翅片开缝对传热能力有明显的提升作用,波纹翅片在提高换热效率的同时阻力损失增加较小。     

导流环倾角对汽轮机排汽缸气动性能影响的研究

以某300MW汽轮机为研究对象,应用Fluent软件对不同来流条件下的排汽缸进行三维数值模拟,分析导流环倾角变化对排汽缸性气动性能影响。结果表明:在扩压管导流环轴向长度不变的情况下,随着导流环倾角的不断增大,总压损失系数和静压恢复系数呈单调变化。导流环倾角在20~30°区间时,扩压管的性能处于平缓趋势。排汽缸来流有较大的旋流有利于提高排汽缸的气动性能,而较小的旋流则会带来一定的流动损失。     

坡面天然气管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD仿真软件对坡面天然气泄漏扩散过程进行了数值模拟,分析了泄漏扩散过程,风速及泄漏倾角对泄漏扩散的影响。研究结果表明,泄漏1 s内,甲烷主要集中在坡面附近;泄漏5 s时,甲烷已经扩散到整个区域,且浓度爆炸下限最高达到7.81 m,在地表及坡面形成了涡流;随着泄漏倾角的增加,危险区域逐渐增大;泄漏倾角为15°时,风速影响较小,泄漏倾角为10°时,风速影响较大,泄漏气体主要沿地表扩散;为天然气安全输送及紧急预案的制定提供一定的理论依据。     

中型合成氨厂运行状况模拟分析

新疆新化化肥有限责任公司合成氨装置(I套)在运行过程中存在一定的问题,本文运用化工模拟软件对该装置进行模拟分析,发现废热锅炉在运行中存在能力不足的问题,通过软件模拟分析并用MATLAB的数据拟合得到废热锅炉换热面积及锅炉给水流量与废热锅炉出口温度的关系,并用EX-CEL的规划求解功能得到废热锅炉所需的换热面积和冷流体流量。     

10~30K温区纯不锈钢丝网与混填磁性填料制冷性能对比

低温回热材料的性能是制约深低温制冷机发展的关键因素之一。在10~30K温区,对比低温段回热器采用不锈钢丝网（SS）和SS与HoCu₂混合填充两种方式的回热器损失、能量流分布及制冷性能。数值模拟表明,回热器采用纯SS填充时存在较大换热损失,而混填时流阻损失影响显著增大,随着制冷温度提高,回热器换热损失均能减小,而流阻损失有所增加。低温级脉管内能量流模拟结果表明,HoCu₂填充时,回热器焓流较小,传输到冷端的PV功也较小。最后在主动调相的热耦合两级脉管上开展实验测试,结果显示,SS与HoCu₂混合填充的低温级脉管无负荷温度到9.56K,当制冷温度为25K及以下时,制冷效率高于纯SS填充;制冷温度高于28K时,纯SS填充的制冷效率更高。通过常规不锈钢材料和磁性材料填充回热器制冷性能对比,为液氢温区高效回热器设计提供参考。     

三叶孔板换热器壳程流体流动和传热特性数值研究

利用FLUENT软件对三叶孔板换热器壳程流体流动和传热特性进行了数值模拟研究,通过建立周期性全截面计算模型,对其强化传热机理进行了研究,分析了壳程内不同位置换热管壁面对流传热系数与换热管至壳体轴心距离的关系。结果表明:流体流经三叶孔时产生的射流以及在三叶孔板后产生的二次流动使壳程传热得到强化;三叶孔板换热器壳程内随着换热管至壳体轴心距离的增大,换热管壁面对流传热系数逐渐减小。     

直接空冷凝汽器流场及性能优化数值模拟

燃煤火电机组直接空冷凝汽器运行时,环境风速、环境温度等对三角腔内空气与热蒸气的对流换热均有重要影响,从而影响机组运行稳定性。通过三维流场模拟方法,以某600 MW机组单列/单个空冷单元为例,研究了典型环境参数下的空冷凝汽器换热性能,提出了一种在三角腔内加装夹角可调的“羽翼型”实心/多孔导流板的流场优化技术方法。结果表明：单列凝汽器受环境风效应影响,空气进口方向第1个位置的空冷凝汽器平均空气流量受环境风速影响最大;当环境风速从3 m/s增加到9 m/s时,单列(8个空冷单元组成)空冷凝汽器平均空气流量下降约590 kg/s,说明高风速会增大三角腔内空气扰动不利换热,采用凝汽器三角腔体内加装实心板/多孔板的方式对流动涡旋整流效果明显;进而通过调节2片导流板夹角至240°,三角腔内静压平均提升了153 Pa,可有效缓解冬季换热管束底部冻结现象。该类加装导流装置的直接空冷凝汽器适用环境工况范围相对较广,有利于在实际工程中实现高温防阻、低温防冻、运行稳定的作用。     

气体燃烧辐射加热炉的换热效率与CFD数值模拟

采用自行设计的燃烧加热炉模型装置,研究液化石油气直喷燃烧中换热管空间位置、热负荷(燃气流量)及换热介质流量等因素对换热效率的影响规律,并对炉内温度场进行了CFD数值模拟计算.结果表明:在理想的热负荷条件下(0.88 kg/h),距离燃烧中心愈近,辐射换热效率愈大;随着换热介质流量的增加(>40 L/h),换热效率有下降的趋势;CFD数值预测的温度分布规律与实测吻合较好,火焰形状是影响辐射换热的重要因素.     

封装PCM/蜂窝陶瓷复合蓄热模型设计及数值模拟研究

太阳能热发电技术是一种将太阳热能转化为电能的新兴发电技术,蓄热系统则是太阳能热发电技术的核心和关键,研究和开发高性能的蓄热材料意义重大。设计了一个集蓄热和高效换热一体化的封装PCM/蜂窝陶瓷复合蓄热结构模型,并对其充热和放热过程进行数值模拟。将蜂窝陶瓷一部分孔洞封装相变材料,另一部分孔洞作为换热通道,采用FLUENT软件对PCM/蜂窝陶瓷复合蓄热模型的充热和放热过程进行数值模拟研究。结果表明,封装PCM热导率越大,其充热时间越短,充热效率越高;NaCl熔盐相变潜热大,在放热过程中能够提供长时间的恒温热源,使换热介质在出口时的温度稳定,有利于太阳能热发电系统的稳定运行。