三种通道形面下PSR热性能的比较分析

以3.7MW燃气轮机为背景，根据已有的微小通道试验数据和理论，对椭圆、正弦波和抛物线三种形面波纹通道的PSR热性能作了对比计算和分析。结果表明，在同样波高2b及波宽2a时，上述三种形面中的正弦波形通道相对具有较大的传热效果和可以接受的压降损失。影响PSR热性能的重要因素不是几何形状而可能是几何尺寸，这对PSR通道形面的设计及其优化目标函数的认定有重要价值。     

PSR波纹板片的热强度分析

提出一种新型紧凑式回热器——一次表面回热器(PSR)的强度设计技术。结合船用ICR燃气轮机一次表面回热器研发,以3．7MW燃气轮机为背景,根据热弹性力学和传热学理论,建立PSR板片热强度分析物理数学模型,并对波纹曲线为椭圆、正弦波和抛物线的3种常见波纹传热板片所受热应力做了对比计算,分析了板片厚度,两侧压差,本身温度及形状对板片热强度的影响。给出基于Von Mise等效应力极值σrmax的板片最小设计厚度δmin,还研究了波纹板片在典型工况下的弹性变形情况。本文工作对PSR的结构设计有重要参考价值：     

船用燃气轮机一次表面回热器的设计分析

提出了一种新型紧凑式回热器——一次表面回热器(PSR)的设计技术。结合船用ICR燃气轮机一次表面回热器的研发，简述PSR的结构特点及其设计计算的理论依据，并给出了设计算例。研究表明，一次表面回热器具有极高的紧凑性和卓越的换热性能，因而这种先进的热交换装置必将替代那些常规的热交换器，在船用动力装置及先进热工程设施中发挥重要作用。     

一次表面回热器全程通道流动和传热分析

由于一次表面回热器全程通道流动与换热的复杂性,很难利用数值分析的方法确定传热系数,也给回热器的设计计算带来很大的困难。本文通过分析对比0°、60°和120°一次表面回热器换热单元的传热流动特性,提出了针对单元体与全程通道回热器之间换热流动关系的修正系数。并基于0°全程通道数值模拟结果,采用该修正系数完成了60°、120°全程通道回热器流动换热特性。     

一次表面回热器进气结构对物流分配性能的影响

不合理的进气结构造成一次表面回热器(PSR)内部物流分配不均匀,影响同热器内部流体的流动和传热效果.本文提出了具有导流片的进气结构,并在尽可能地保证出口截面速度均匀分布的前提上,开展了不同进气结构对回热器芯体入口物流分配影响的研究.结果表明,在所研究的雷诺数范围内,改进后的进气结构中各通道出口截面速度的最大波动只有14...     

波纹通道板间距对通道内流动与换热影响的数值研究

应用数值模拟方法,分析了流体在不同板间距的正弦型波纹通道内,周期性充分发展的稳态层流流动与换热的特性;探讨了板间距对流动与换热的影响,并对其综合性能进行评估。结果表明：在Re相同的条件下,通道内所形成旋涡的尺寸随相对间距A／H(波长／间距)的减小而增大。     

前缘改形对风力机翼型气动性能影响的数值研究

基于翼型参数化方法对翼型S809进行4类不同的前缘修改,分别为前缘压力面加厚、前缘吸力面加厚、前缘上弯和前缘下弯,采用翼型设计分析软件Xfoil和商用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件FLUENT分别对翼型气动参数和翼型周围流场进行计算。结果表明:翼型气动特性与流场特性受翼型压力面外形变化影响较小;在研究范围内,翼型吸力面加厚使得翼型在失速区升力系数增加,阻力系数减小;翼型前缘上弯使得翼型在大攻角工况下升力系数减小,阻力系数增大,且使翼型提前失速;在一定范围内翼型前缘下弯,使得翼型升力系数增大,阻力系数减小,且延迟失速。     

导流片结构对物流分配性能影响的实验研究

通过板翅式换热器物流分配问题的实验研究发现,不合理的导流片结构造成板翅式换热器内部物流分配极不均匀,以及在横向与纵向上物流分配不均匀的程度也不相同。同时提出了具有补液腔的新型导流片结构,并定义了新型导流片的结构参数。实验结果表明,采用新型的导流片可以有效的改进换热器内部物流分配不均匀的问题,同时还发现在实验的条件下结构参数为0．2的导流片具有最佳的导流性能,通过实验研究得到了不同导流片结构的物流分配不均匀特性与流体雷诺数之间的关系式。     

疏水表面对微通道换热和压降性能的影响

通过搭建的微通道两相沸腾流换热实验台,利用高速摄像仪拍摄其工质两相流流型,研究了接触角分别为48.2°、140°的普通微通道和疏水微通道的压降特性、换热性能,并结合工质流型图阐述其变化规律机理。实验采用的微通道尺寸为0.55 mm×0.55 mm×80 mm,工质质量流量范围为1983～3636 kg/(m²·s),两相流进口干度为0～0.45。研究结果表明,疏水微通道的压降在所有实验干度区间均显著大于普通微通道的压降,在低干度区间,疏水微通道的换热性能高于普通微通道的换热性能。     

回热器孔隙率对VM循环热泵性能的影响分析

孔隙率是表征回热器结构和效率的重要参数,影响整个系统的流动和传热特性。以热驱动斯特林循环的VM(Vuilleumier, VM)循环热泵为研究对象,建立了其内部回热器的模型,研究了在不同的热源温度、系统压力、转速、容积比和工质的情况下,孔隙率对整个热泵系统性能的影响。结果表明：随着孔隙率的增加,系统性能系数先增加后减小,在0.6左右达到最佳。在相同孔隙率的情况下,系统性能系数随着热源温度、系统平均压力、容积比、转速的增加而分别增大,并且增加的幅度是越来越小的。对于工质而言,氦气和氢气的性能较优,而氮气的性能较差。综合考虑安全等因素,宜选氦气作为工质。     

一次表面回热器的流动和传热研究

对一次表面回热器的流动和传热特性进行了试验研究和理论评价，获得了有工程价值的k-u和f-u试验曲线以及经验计算公式。指出对于当量直径为lmm左右的一次表面回热器不宜采用工业级通道而应使用微小通道的准则式，才能较为准确地评估其热性能。对比分析一次表面回热器的明显优点：质量轻，紧凑性好，传热效率高，占地面积和占用空间小以及热响应快，具有管壳式、板翅式等传统换热器无法比拟的性能和价格优势。图7表2参7     

微型燃气轮机圆筒原表面回热器的性能试验研究

对微型燃气轮机圆筒形原表面式回热器的传热与流动性能进行了试验研究.利用计算机控制检测传热性能试验台对该回热器在①两侧流量相等、改变两侧温度及②固定两侧温度,改变系统质量流量的情况下进行了传热性能和阻力性能试验.结果表明:随着质量流量的增加,回热器的传热系数增大,传热量逐渐增加,回热器的两侧压降也增大;在等流量时,回热器两侧的压降有所不同,高压低温侧压降比低压高温侧压降大,但低压高温侧压降增加较快,因此在设计回热器时必须重视两侧压降的变化情况,根据试验结果得出了传热和阻力随工况改变的变化趋势.     

一次表面回热器动态特性的数值模拟与实验研究

对一次表面回热器(Primary Surface Recuperator,PSR)流量阶跃变化时的动态特性进行了数值分析和实验研究.根据能量守恒原理和一次表面回热器(PSR)的结构特点,导出回热器冷热流体和固体间壁非稳态温度变化的微分方程式,研究流体流量发生阶跃变化时PSR的响应时间.在冷热空气进口参数和换热量相同的条件下,当冷热侧流量分别增加为原来3倍的情况下,PSR的响应时间只有管壳式换热器的1/8,板翅式的1/3.数值分析结果与实验结果相符.由于PSR的固体壁面时间常数远小于板翅式和管壳式回热器,因此这种轻重量结构的先进回热器响应特性明显优于常规回热器.     

微型燃气轮机原表面回热器应力有限元分析

本文通过建立微型燃气轮机CW(Cross Wavy)原表面回热器热-结构耦合有限元分析模型,对其在设计工况下运行后的应力进行了有限元分析,验证了回热器所选材料的可靠性,并分析了压比和燃气入口温度对回热器的应力影响。分析结果表明:不考虑热应力,只计及压力时,回热器燃气出口侧最大应力和应变高于燃气进口侧最大应力和应变;与之相反,计及热应力时,在压力和温度耦合作用下,回热器燃气进口侧最大应力和应变高于燃气出口侧最大应力和应变;无论是计及热应力还是不考虑热应力,空气通道的波谷处应力最大,并且应力沿波谷处左右对称分布,计及热应力后,其最大应力增长较大,对应各处增幅最高达到34.1%;回热器空气通道向燃气通道侧变形,空气通道变大,燃气通道减小;随着空气侧和燃气侧压比的增加,回热器通道的最大应力也随之增加,当压比增加到8.4时,已达到换热片材料的强度极限;当燃气与空气出口温度不变、回热度减小时,随着燃气入口温度增加,最大应力随之增加,燃气入口温度每增加50 K,回热器最大应力增加约2.3 MPa。研究结果为回热器的设计提供了一定的参考依据。     

微型燃气轮机CW原表面回热器芯体内传热及阻力特性分析

建立微型燃气轮机CW(交叉波浪型,Cross Wavy)原表面回热器三维周期性充分发展数值计算模型,对芯体内传热和阻力特性进行了分析,确定了质量流量和温度水平对换热量及压降的影响,给出了CW原表面芯体板内阻力、传热因子以及努塞尔数与雷诺数之间的经验关联式。传热及阻力性能分析结果表明:随着雷诺数的增大,回热器芯体单元传热系数增大,传热量逐渐增加,并且随着低压高温烟气侧的进口温度升高,传热量增加幅度增大;回热器芯体单元回热度随雷诺数的增大而减小,随燃气进口温度升高而减小。     

回热器对HAT循环影响的分析

目前对HAT循环中回热器的理论分析大多采用传热温差法和表征回热器特性的回热度分析的方法。针对这两种不同的分析方法分别进行了计算,比较分析了它们对HAT循环的影响,结果表明,传热温差法更加适合于对HAT循环进行理论分析,但应当注意传热温差的选取。而回热度法更多应用于回热器的设计。     

一次表面回热器瞬态响应特性的数值分析

基于能量守恒原理,根据一次表面回热器(PSR)的结构、流动特点,导出它的瞬态温度变化物理模型和数学方程式。研究温度和流量发生阶跃变化时PSR的响应特性,还分析了PSR波纹板片的数目n、波纹板片的长度L、宽度W和厚度等各几何参数以及波纹通道的形状对温度响应时间的影响。比较研究表明,由于PSR的固体壁面时间常数远小于板翅式和管壳式换热器。因此,这种轻重结构的换热器响应特性明显优于常规热交换器,非常适用于那些要求机动多变、灵敏反应的舰船燃气轮机或车用内燃机等动力装置。图9表3参12