小型混合制冷剂天然气液化流程设计与分析

分析了IFP-Axens公司开发的混合制冷剂循环Liquefin工艺关键技术,在此基础上设计了一种全新的小型混合制冷剂液化流程。比较了三个流程的主要流程参数,综合分析了换热器冷热负荷曲线和温差曲线。结果表明,压缩机和换热器的损失是循环的主要损失,可以通过选用效率更高的压缩机,或者改变压缩系统结构减少损;提高返流轻组分节流后压力可有效降低换热温差,通过进一步优化制冷剂组成和运行压力,可使换热温差更加均匀,减少换热器损,提高流程的经济性。     

熔盐堆间冷回热式氦气轮机热力循环效率分析

设计基于熔盐堆的间冷回热式氦气轮机循环系统并建立数学模型,介绍以布雷顿循环为原理的系统运行流程。使用控制变量法分析了关键因素：压缩机/透平效率、回热器性能、温比、低压压缩机入口压力对系统总效率的影响。分析结果表明：相较于压缩机效率,同幅度的透平效率提升使系统总效率值更高;换热端差和流动阻力都为系统的循环带来了一定程度的负担;存在使系统效率值最大的温比;计算发现,在特定情况下,系统最高温度越高,系统效率越高。总结、量化了这些因素对系统效率的影响。     

电热冷联产的新压缩空气蓄能系统

提出一个将压缩空气直接在空气透平中膨胀做功发电,并产出热量和冷量的新压缩空气蓄能方法。分析了该新压缩空气蓄能系统工作的不可逆循环,并建立了仅忽略所有换热器流动阻力损失的该蓄能系统之能量转换利用率（η）计算方程式。用该方程分析研究了空气透平膨胀机与压缩机等熵效率、压缩机排气热能度、空气透平排气冷量度、换热器传热温差和空气压缩比等参数对系统η值的影响,发现空气透平等熵效率提高对η值的贡献大于压缩机效率同样提高的功效;在其它参数确定时,存在最佳压比,可使系统的能量转换利用率在该条件下达极值。分析表明：电热冷联产新压缩空气蓄能系统的能量转换利用率可达0．8左右。     

基于正/逆布雷顿循环的热泵储电系统性能研究

热泵储电系统具有不受地理条件限制、成本低、储能密度高、系统效率高等优点,近年来受到广泛关注。对基于正/逆布雷顿循环的热泵储电系统进行了详细的热力学建模与分析,全面分析了循环工质、储/释能过程压比、压缩/膨胀过程的等熵效率和机械效率等参数对热泵储电系统性能的影响。结果表明,当压缩膨胀过程的等熵效率升高、机械效率升高、换热温差减小、阻力损失减小、保温效率升高时,系统的循环效率升高,但系统的热量、冷量利用率有可能降低。其中,压缩膨胀过程的等熵效率、机械效率和蓄热/蓄冷过程的保温效率对系统整体效率影响最大,换热温差与阻力损失的影响次之,当储/释能压比达到一定程度后的影响最小。对于热泵储电技术进一步的研究工作将着眼于热泵储电系统非稳态工况过程优化仿真和系统关键部件,如高效压缩机、膨胀机和蓄冷/蓄热换热器的研发。     

椭圆钎焊与双金属轧制翅片管传热与阻力性能的试验对比

对椭圆钎焊翅片管和双金属轧制翅片管换热器的传热及阻力性能进行试验对比研究,试验得到了一系列工况下的传热数据与管外空气流动阻力数据,给出了相应的传热系数、流动阻力曲线。从总传热系数中分离出管外空气侧的对流换热系数,得到了具有一定应用价值的管外换热的计算关联式;拟合得到了管外阻力计算关联式。结果表明:椭圆钎焊翅片管比双金属轧制翅片管的传热系数约高9%,管外换热系数约高17%,且管外空气流动阻力约低11%。     

集成外热源的超临界二氧化碳热泵储电系统性能研究

对基于超临界二氧化碳工质的热泵储电系统展开研究,建立了热力学与技术经济性分析模型,并对系统热力参数进行优化,分析了压缩机等熵效率、透平等熵效率、换热器压损以及最小换热温差等关键设备参数对系统性能的影响。此外,提出了以燃气轮机排气为外热源的集成系统构型,对独立热泵储电系统及集成外热源的系统性能进行分析。结果表明：独立储能系统的最高往返效率可达62.91%;集成外热源后,单位能量的投资成本降低,系统能量效率随放电时间和放电功率的增加而降低。     

超临界二氧化碳再压缩再热火力发电系统关键参数的研究

针对含分流再压缩和一次再热的超临界二氧化碳布雷顿循环火力发电系统,建立了其数学模型,并用Fortran语言编制了计算程序.通过详细计算,深入分析了分流系数、主压缩机出口压力、主压缩机入口压力、透平入口温度等关键参数对循环效率的影响.结果表明:随着一次工质温度或二次工质温度的升高,循环效率线性升高;但由于超临界二氧化碳物性的特点以及高、低温回热器最小换热温差的约束,主压缩机出、入口压力和分流系数等参数对循环效率的影响均非单调变化,这与传统的蒸汽朗肯动力循环完全不同;超临界二氧化碳动力循环系统存在最优的压缩机出、入口压力和分流系数的耦合关系,使得该系统的循环效率最高.     

利用LNG冷能与低温太阳能的新型联合动力循环系统优化研究

对提出的利用LNG冷能与低温太阳能的新型联合动力循环系统进行参数优化分析和分析,选取R143a为循环工质,研究了循环蒸发温度、透平进口温度、冷凝温度和LNG汽化压力对循环系统效率、效率和单位做功的换热面积的影响.结果表明:循环系统效率和效率随蒸发温度的升高均先升高后降低,随透平进口温度和LNG汽化压力的升高而升高;冷凝温度越高,循环系统效率和效率越低;单位做功的换热面积随各变量的变化趋势与循环系统效率和效率随各变量的变化趋势相反;当蒸发温度为298.15K、透平进口温度为353.15K、冷凝温度为213.15K和LNG汽化压力为3 MPa时,循环性能最优,在该工况下进行分析发现,换热器损占总损的80%,而泵的损最小.     

R290热泵供热换热器的节能性能研究

通过建立R290热泵供热换热器模型,对R290供热换热器的总传热系数进行计算,得出增大R290的质量流速,减小换热管的直径,降低冷凝饱和温度,可增加总传热系数,减少供热换热器尺寸,节约金属材料。通过对R290冷凝流动过程的压降计算,得到随着换热管内径、换热管长、R290质量流量和冷凝温度的变化,沿程阻力压降的变化最大,而局部阻力压力降和加速度阻力压降的变化较小。应从系统运行性能和加工成本等方面综合考虑,优化选择合适的管径、管长和R290质量流量,以节约能源,保护环境。     

含尘烟气在波纹板换热面上流动积灰换热数值模拟研究

含尘烟气在换热器表面积灰,会降低换热器传热性能,增加流动阻力,并会造成换热器表面腐蚀。通过对含尘烟气流过波纹板换热面研究,建立数学模型,采用数值模拟方法,分析了不同流速、不同含尘粒径及浓度的烟气流过波纹板换热表面的沉积、换热与阻力特性。研究结果表明:含尘烟气在波纹板换热面上流动时,不同粒径尘粒的沉积速率不同,尘粒的沉积速率在圆凸表面的迎风侧比背风侧高,尘粒沉积率随流速的增加而降低。为含尘烟气换热设备研发设计与烟气余热利用提供参考。     

面向月球基地的有机工质透平/泵一体化

以蒸发与冷凝温差为30℃的20 kW月球基地能量系统为例,采用R600a为工质研究了有机工质透平/泵一体化一维设计和三维建模,使用CFD模拟计算了蒸发温度对透平和工质泵效率、流量和功率的影响规律,及透平/泵在转速、质量流量和压比相等的强耦合约束条件下的变工况运行特性。研究表明：透平/泵最佳设计转速为23 610 r/min,透平进口直径为156 mm时效率为79%,泵出口直径为29 mm时效率为71%;随着蒸发温度的增加,透平/泵的转速呈线性增加,效率先上升后下降,保持在70%以上,输出功呈线性增加趋势;当考虑蒸发器、冷凝器和管路压损时,同转速下蒸发温度比理想情况低2.16℃、输出功率低3.13 kW、效率略微下降;透平/泵一体化技术结构紧凑,在变工况时拥有良好的运行性能,非常适用于对体积重量要求较高的航空航天领域。     

螺旋折流板换热器的研究与进展

本文介绍了螺旋折流板换热器的几何形状和流动原理,对其传热及压力降的研究现状进行了总结,与弓形折流板换热器相比,螺旋折流板换热器的最大优点降低阻力,增加传热系数。未来的研究重点是流动换热机理以及影响流动换热机理的因素。     

相变换热器烟气侧流动及传热特性的数值模拟

对壁温均匀的相变换热器换热管外烟气的流动状态与翅片管的换热过程进行数值模拟,分析烟气入口速度、翅片间距及翅片管横向间距、纵向间距对流动传热特性的影响。结果表明:随着烟气入口速度的增加,换热量和烟气流动阻力均增加;一定范围内增大翅片间距,能够强化传热性能,降低烟气流动阻力;翅片管横向间距的增大能强化传热,而纵向间距的增大会减弱传热性能,二者均能够降低烟气的流动阻力。     

余热驱动的有机朗肯循环-复叠式制冷系统?分析

针对余热的有效利用,建立了有机朗肯循环-复叠式制冷系统的热力学模型,其中:有机朗肯循环系统分别采用R123、R1234ze、R245fa、R600a、RC318、R141b等六种工质;复叠式制冷系统分别采用R22/R23、R404/R23、R290/R744、R717/R744等四种工质对。选择系统?效率作为性能评价指标,运用热力学第二定律研究系统运行参数对系统?效率的影响,分析了系统各部件的?损失,并指出了能量利用的薄弱环节,提出了有效提高系统性能的建议,为系统的优化提供参考。结果表明,对系统?效率而言,R141b和R717/R744是最佳工质。系统主要部件按?损失大小依次为凝汽器、膨胀机、高温级冷凝器、发生器、高温级压缩机、低温级蒸发器、蒸发冷凝器。尽可能提高压缩机的等熵效率,优化设计换热器的结构,减小传热温差,才能减少不可逆损失,提高换热器的?效率。     

燃机余热利用的超临界二氧化碳循环发电系统

结合超临界二氧化碳物性分析、工质在主设备工作过程,讨论了主设备中工质的基本状态。根据燃机余热烟气特点,建立了余热利用的超临界二氧化碳循环发电计算程序,分析了简单循环、再压缩循环、复合简单循环、复合再压缩-简单循环4种循环布置下的系统稳态参数、效率以及净输出功。研究表明:透平入口工质压力越高,透平出口工质的温度越低,工质携带热量的利用越充分;压缩机入口温度应尽量接近临界点(31.1℃)、压力需稍高于临界点(7.4 MPa),可保证压缩机出口温度较低、工作状态稳定、单位工质流量的功耗小。随热源最低温度的下降,系统所获得净功以及实际效率均能得到一定的提升,通过叠加方式实现的烟气分级利用可以显著提高燃机余热利用的超临界二氧化碳循环系统效率和净功。     

城市污水自冲洗除污换热器试验研究

城市原生污水作为热泵冷热源为建筑物空调供热,换热面的污染导致流动阻力增大,换热系数降低,是污水源热泵发展的主要技术障碍之一,基于此,开发了在线自清洗除污换热器。文章介绍了在线自清洗除污换热器的结构原理和在线自清洗除污换热器样机,构建了城市污水流动换热实验台。文章分别对不启动冲污注水头HRF换热器的工作状况和启动冲污注水头HRF换热器的除污效果进行了试验研究,结果表明,换热器机械性能良好,当除污周期为10 h,冲洗流速为5 m/s,单次冲洗时间为1 min时,一个采暖周期换热器污垢阻抗降低率为70%以上。     

椭圆管翅式换热器空气侧传热和流动特性的数值模拟

建立了椭圆管百叶窗翅片换热器三维模型,对椭圆管翅式换热器空气侧传热和流动特性进行了数值模拟,分析管径、管排数、翅片间距对椭圆管翅式换热器空气侧传热流动的影响。结果表明:管排数为1～3时,椭圆管百叶窗翅片换热器空气侧换热系数随换热器管排数的增加而降低,最大降幅达17.1%;椭圆率为2:3的椭圆管翅式换热器综合性能最好,与同周长圆管管翅式换热器相比,换热性能提高了10.1%,降阻幅度达32.3%;随着风速的提高,翅间距对管翅式换热器换热性能及阻力影响逐渐降低。     

基于模块化的氟塑料换热器优化布置研究

对1 000MW火力发电机组中间热媒体烟气换热器(media gas-gas heater,MGGH)系统中脱硫塔前的氟塑料换热器展开设计计算,从交叉次数的角度对氟塑料换热器模块化以及优化布置展开研究.结果表明:水侧阻力与交叉次数的平方成正比;随着介质交叉次数的增加烟气侧压降降低管外总换热面积、联箱总开孔数和模块单元联箱开孔数均减少,且当交叉次数由2增加到4时上述参数均大幅降低,当交叉次数大于4以后降幅均相对较小,即氟塑料换热器的换热性能、阻力性能及联箱结构在交叉次数为4时得到优化,结合热膨胀因素建议在工程应用中尽量采用2个U形换热模块单元布置成W形.     

旋转状态下工质冷凝换热特性的实验研究

旋转产生的旋转附加力对板式冷凝器通道中流体的流动状态产生扰动,影响流体的换热性能。建立旋转换热实验台对不同转速下板式冷凝换热器的冷凝换热特性进行研究。实验结果表明:随着转速的增加,换热器的换热性能呈现增加趋势。同一工质流量和冷却水流量时,转速在0~48 rpm范围内时,板式冷凝器的总传热系数最大增加幅度37.89%,R22侧换热系数最大增加幅度为27.95%,冷却水侧换热系数增加幅度基本保持在12%左右。综合分析,当转速和流体流量在一定范围内时,转速对R22侧气液两相流体的冷凝换热性能影响较大,对单相冷却水侧的换热性能影响较小。     

节能设备在加氢裂化装置上的应用

以某石化公司为例,对加氢裂化装置应用高压绕管式换热器和往复式压缩机气量无级调节系统(HydroCOM),并对高压空冷器进行改造,实现装置节能进行总结.高压绕管式换热器具有占地面积小,换热效率高,换热面积大,制造成本低等特点,相应节省燃料消耗,降低设备制造费用.装置设计能耗为45.39kg标油/t,实际标定能耗为36.77kg标油/t,仅为设计值的81％.按照同比例折算后,每年节约燃料费用1569.9万元.气量无级调节系统投用后,往复式压缩机的轴功率随加工负荷的降低而降低,低负荷运行时,功率消耗明显下降,且100％满负荷运行时,相比投用HydroCOM系统前,电流下降约30A,每小时节电约300kW.h,也能起到节能作用.针对该加氢裂化装置夏季高压空冷器冷后温度偏高问题进行改造:采用升力系数大、升阻比高的新一代HY高效叶片;将摩擦传动改为同步传动.改造后冷后温度下降3～4C,循环氢压缩机汽耗下降0.5t/h,且投资回收期只需4个月.