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：     

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...     

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     

一次表面回热器通道流动阻力与传热增强因子的确定

基于一次表面回热器(PSR)通道的独特构型,提出可以引入增强因子fξ和fk的概念来直观描述PSR通道的复杂流动和传热特点.对典型50 kW微型燃机20:1 PSR缩比实验件的流动和传热特性进行了测定.根据这种先进热交换器固有的结构和流动特点--冷、热通道的湿边周长lc=lh,冷、热通道的质量流量Gc≈Gh以及流动Reh≈Rec,获得层流下PSR的fξ和fk随流动Re变化的经验计算式.联立增强因子fξ和fk以及已有的小当量直径de≈1 mm通道层流阻力和换热关系式,可以方便地计算PSR的流动和对流换热规律,进而获得PSR的传热系数k,最后快捷完成新型间壁式PSR的热设计分析工作.     

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.     

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     

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。     

一次表面整体回热器传热和流动性能数值研究新方法

本文建立了一种带壁厚多层全通道新模型,用于流动交错角θ为0°和60°的一次表面回热器(PSR),在相同传热量的情况下进行传热和流动的数值分析和比较。结果发现在保持相同壁面温度条件下,流动交错角为60°和0°模型沿程的压降△P,阻力系数f,以及对流换热系数h的相应比值基本保持不变。以此比值作为修正系数,在θ=0°全通道经验计算结果的基础上,对交错角为60°的PSR进行整体的传热和流动性能预测分析。     

The effect of viscous dissipation on the performance of a recuperator

An analytical study is performed to demonstrate the effect of viscous dissipation on the performance of a counter-flow recuperator. Four liquids, namely, water, transformer oil, engine oil, and glycerol are selected as working fluids. It is shown that a considerable decrease in performance is obtained when the viscous frictional heating is considered. The optimum size of recuperator is found to be finite and depends on the thermal properties of the running fluids. The effect of viscous heating on the temperature variation in the recuperator is also discussed. © 1998 John Wiley & Sons Ltd.     

自身预热式燃烧器与燃料工业炉的创新

介绍了间壁式自身预热燃烧器和蓄热式自身预热燃烧器的特点、发展和应用情况。展望自身预热式燃烧器对燃料工业炉发展前景。