多孔介质回热微燃烧器预混燃烧特性研究

设计了多孔介质回热徽燃烧器,对微燃烧器内H2/Ak的预混燃烧特性进行了实验研究和数值模拟,实验结果表明,当过量空气系数1.0＜α＜3.0时,微燃烧器具有较高的燃烧效率,出口烟气温度和较低的燃烧热损失率,且燃烧热功率P越高,α越大,热损失率越小.当P=100 W时,其出口烟气温度最高可达到1 232 K,当α=3.0时,燃烧效率仍达到96.85％,而热损失率仅为14.87％.数值模拟结果表明,由于采用了回热夹层和多孔介质回热结构,有效地回收了热量损失,使得微燃烧器具有良好的热性能.证明设计的多孔介质回热微燃烧器是一种燃烧效率高、热损失率低的微燃烧器.     

多孔介质微燃烧器的试验研究

对微尺度下的氢气/空气预混气在多孔介质中进行预热燃烧时的燃烧特性进行了试验研究,在回热燃烧器中对不同ppi(每英寸长度上的孔洞数)的多孔介质进行对比试验,分别测试了氢气/空气预混气在预热下的燃烧效率与氢气流量、过量空气系数α以及多孔介质ppi之间的关系.结果表明,在多孔陶瓷的蓄热和混流作用下,燃烧速度和燃烧效率均得到了显著的提高,稳定燃烧界限也有一定的扩大.为进一步减小微尺度条件下的燃烧热量损失,提高燃烧效率,提供了试验依据.     

多孔介质回热微燃烧器的扩散燃烧

设计了多孔介质回热微燃烧器.进行了微燃烧器的扩散燃烧特性实验研究,得到了其燃烧效率、出口尾气温度、壁面温度和热损失率随燃烧热功率和过量空气系数的变化规律.实验发现,在较宽的操作范围内,微燃烧器具有较高的燃烧效率和出口尾气温度,而且随着燃烧功率和过量空气系数的增大,微燃烧器的壁面温度和热损失率反而减小.分析表明,采用回热夹层和多孔介质相向的进气方式,使得反应气体的流动方向与散热方向相反,有效回收了热量损失,提高了微燃烧器的热效率和出口尾气温度.所设计的多孔介质回热微燃烧器对开发微燃烧透平发电系统具有重要应用价值.     

微型热光电系统多孔介质燃烧器性能的实验研究

为保证微型热光电动力系统能稳定、高效地工作,燃烧器壁面需有较高的温度,且分布均匀．对采用多孔介质结构的微型燃烧器进行了实验研究,分析了孔隙率、CH_4/O_2混合比等因素对燃烧器性能的影响．结果表明,采用多孔介质结构可以改善燃烧器内的燃烧传热过程;合理选择孔隙率和工况参数,可以优化燃烧器壁面温度分布,提高系统工作性能．     

分段多孔介质燃烧器二次进气燃烧排放研究

对从中间段——燃烧管中上游段多孔泡沫陶瓷与下游段多孔泡沫陶瓷之间的一段间隙结构 ,引入二次空气的多孔介质燃烧器的 CO和 NO排放浓度进行了实验测试 ,较系统地研究了化学当量比、混合气流率和不同比率二次空气对天然气 /空气燃烧排放的影响。结果表明 ,加入适当比率的二次空气 ,不仅能够在相当宽的流速范围内使火焰很好地稳定在中间段 ,而且能得到低水平的 CO排放浓度 ,特别对较低当量比效果更为明显。同时 ,当火焰定位在中间段或近旁时 ,在化学当量比为 0 .4 5～ 0 .8范围内 NO的排放值能够低于 6× 10 - 6 ,达到了很理想的低排放水平     

平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统

提出了一种厘米级别的平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统原理,即燃料氧化剂混合气相向穿过两块平行布置烧结多孔平板并在其表面形成稳定的火焰,实现燃烧器壁面温度远低于火焰温度的目的;进行燃烧器和微发电系统原型性能实验.在燃烧器烟气通道外壁面布置高导热系数薄匀热片能够有效改善热电模块热端温度场均匀性,从而提高系统安全性和输出性能.在燃烧燃料当量比(甲烷/空气)φ=0.6时,火焰温度高于800℃,壁面温度低于200℃,水冷条件下,商用碲化铋(Bi2Te3)热电模块热端150℃,系统可以获得8 V开路电压和1 W以上稳定输出功率,系统综合效率达1.6%.     

往复式多孔介质燃烧器流动特性的试验研究

研究了往复式多孔介质燃烧器在冷态条件下气流在其中的流动特性规律。在多孔介质的类型和运行温度不变的情况下，往复式多孔介质燃烧器的压降与空截面流速的平方成正比，与多孔介质的厚度成正比；燃烧器的稳定时间基本不受多孔介质厚度和空截面流速的影响。建立了计算压降的简单数学模型，理论模型的计算结果与实验数据符合较好。     

基于多孔介质燃烧器的氨重整制氢技术分析

目的  氢能具有来源广、热值高、可储存、无污染、零碳排放等优势,已成为一种极具发展潜力的零碳清洁能源。目前,成熟的制氢技术工艺多基于规模化制氢,难以满足部分重要场合对紧凑型便携制氢设备的需求。 方法  为了满足该需求,文章首先对已有规模化制氢工艺的特点、优劣之处及发展趋势进行分析和总结,同时考虑到氨气具有容易液化储存、氢含量高,是氢气的优良载体等优势,进一步提出了采用微小型绝热火焰温度多孔介质燃烧器的氨重整制氢技术思路,并分别从技术可行性、研究方法及研究内容进行了系统分析。 结果  具体基于已有多孔介质燃烧器研究成果,分析了采用多孔介质燃烧器进行氨重整制氢的可行性,在此基础上,对多孔介质燃烧器氨重整制氢的研究方法、研究内容及技术路线进行了总结和展望。 结论  得出针对多孔介质燃烧器的整体结构、微通道、反应载体结构等的优化设计,并开发性能良好、成本低的非贵金属催化剂材料,将是未来氨重整制氢多孔介质燃烧器的主要研究方向。本研究可以为多孔介质燃烧器氨重整制氢技术的发展提供一定理论及技术支撑。     

低热值煤层气燃烧器结构优化的实验研究

对一种低热值煤层气燃烧器进行优化设计,在燃气管内设置导流叶片,并在旋流空气管和燃气管之间增加一根直流空气管,对此燃烧器进行冷态和热态实验,结果表明:改进后的燃烧器旋流强度沿中心轴线比原燃烧器下降平缓,在中心轴线相同位置处大于原燃烧器,改进后的燃烧嚣旋流强度最大值为0.53;改进后的燃烧器燃烧温度沿中心轴线比原燃烧器上升快,在中心轴线0.55 m处,温度达到最大值1 440 K;在相同热负荷下,温度峰值比原燃烧器更靠近喷口,且比原燃烧器大.原燃烧器火焰尾部温度高,火焰长,局部容积热强度低.     

微尺度催化燃烧器中扩散“火焰街”的数值模拟研究

针对三维Y型微通道内的非预混催化燃烧,选择GRI Mech 3.0气相反应机理与Deutschmann表面催化机理开展了数值模拟研究,分析铂催化剂涂覆位置、催化剂涂覆面积等因素对通道内特殊“火焰街”现象的影响。结果表明：通道内壁面涂覆一定面积的铂催化剂可以显著改善燃烧器性能,提升其甲烷转换率以及燃烧效率;相较于内壁面催化剂全涂覆或通道后段局部涂覆的情况,当催化剂仅涂覆于通道前段局部时,甲烷转化率与燃烧效率的提升幅度达到最大,分别为3.5%与7%。     

Experimental Study on Anti-Fouling Performance in a Heat Exchanger with Low Voltage Electrolysis Treatment

An innovative physical method to control fouling in heat transfer equipment—low voltage electrolysis anti-fouling (LVEAF) technology—is introduced. The objective of the present study is to testify the effect of LVEAF treatment in forced convective system and identify the operating mechanism. A series of fouling tests were carried out with and without LVEAF treatment. During the experiments fouling resistance was monitored, and the properties of test liquid were measured, including hardness, alkalinity, electrical conductivity, and pH. The main results were as follows: (1) The fouling was effectively restrained to form on the heat exchanger surface if the circulating water was treated with LVEAF. The scale inhibition ratios exceeded 90% in most cases. (2) The LVEAF technology is an active anti-fouling technology with lower energy consumption. The properties of treated test liquid were changed. (3) Electrochemical reactions occur near the electrode due to the low current existence in the water when the LVEAF device is working. A lot of fouling deposits formed in the test liquid near the cathode or on the inner surface of the treatment unit, but did not deposit on the heat exchanger surface.     

低气压下翅片管换热器空气侧换热特性的实验研究

为研究低气压环境下翅片管换热器空气侧的换热特性,对不同气压环境下空气侧流速和翅片间距对平翅片管换热器空气侧换热特性的影响进行了实验分析。实验环境气压范围为40～100 kPa,换热器迎面风速为1.0～3.5 m/s,翅片间距2～3 mm。研究表明:实验工况下环境气压40 kPa时空气侧传热因子仅为常压下的30.42%～46.41%;低气压环境空气侧流速和翅片间距对空气侧换热的影响趋势与常压数据基本保持一致;不改变换热器结构,环境气压的变化仅影响空气物性,而对空气的流动状态的影响不大;翅片间距影响随Re的减小和环境气压的降低而减弱,两种翅片间距模型空气侧传热因子平均差异在环境气压为100 kPa时为12.07%,40 kPa时缩小为3.00%。     

Experimental Study of Heat Transfer and Pressure Loss in Channels with Miniature V Rib-Dimple Hybrid Structure

Abstract

In order to increase the thermal efficiency, the gas turbines are designed to operate at higher temperature, which requires highly efficient cooling structures for turbine blades. The dimples and ribs are effective surface structures to enhance the convective heat transfer in the gas turbine blade internal cooling. In the present study, a novel hybrid cooling structure with miniature V-shaped ribs and dimples is presented, and the heat transfer and pressure loss characteristics are obtained experimentally. The heat transfer performance of the rib–dimple structures, which include three different rib height-to-hydraulic diameter ratios of 0.017, 0.029 and 0.044 and one dimple configuration with the dimple depth-to-diameter ratio of 0.2, are studied by using the transient liquid crystal thermography technique for turbulent flow in rectangular channels within the Reynolds number range from 10,000 to 60,000. It is found that the miniature V-shaped ribs arranged upstream the dimples can significantly improve the heat transfer performance of the dimples, resulting in a more uniform heat transfer distribution on the surface. The V rib-dimple hybrid structure in the channel shows much higher heat transfer enhancement than the counterparts with only the dimples in the channels.     

新型温控热管运行特性及启动过程实验研究

提出了一种新型分离式温控热管并进行了实验研究,该热管能够在保持传热温度变化很小的情况下自动改变传热功率来适应负荷变化的需要。实验结果表明,当温控热管传热功率增加200％时,热管工作温度变化小于5％,温控热管的启动过程较常规热管快;在实验范围内,不凝性气充气压力越高,启动过程越短。     

螺旋肋片自支撑换热器强化换热试验研究

为了利用螺旋流动强化传热的特性并简化换热器结构,结合螺旋折流板换热器的结构和流体流动特点,开发了一种螺旋肋片自支撑换热器.为了掌握螺旋肋片自支撑换热器的传热和压降综合性能,建立了换热器的试验模型和试验装置.在相同的试验条件下与折流杆换热器进行对比试验,结果表明:当雷诺数Re=6000时螺旋肋片换热器的总传热系数比折流杆换热器提高13.3%,并随着雷诺数增大强化传热效果更加显著;而同时压力梯度却降低了87.5%,并随雷诺数增大二者的压力梯度差值变大.在试验雷诺数2 000～6 500的范围内,螺旋肋片换热器的综合性能K/▽P值是折流杆换热器的1.4～2倍.可见,螺旋肋片换热器具有较高的传热系数和较低的压降,因而具有良好的发展及应用前景.     

蓄热器放热规律的实验研究

本文对蓄热器的放热规律进行了实验研究,提出了蓄热器放热特性的数值计算方法。根据此方法,分析了蒸发速率等特性变化规律,发现蒸发速率不一定随压力降低而单调下降,显示出与前人不同的规律。对此现象进行了分析,指出当蓄热器结构特性一定时,蒸发速率取决于放热时压降速度和当时的热力状态。实验所得出的规律与数值解相吻合。最后还进行了数学论证。     

发动机排气热管理试验研究

在发动机台架上,围绕进气节流阀和排气蝶阀对排气温度的影响开展试验研究。结果表明:稳态工况下,进气节流阀的升温效果好于排气蝶阀,采用进气节流阀最大温升可达46℃,而采用排气蝶阀仅25℃;排放循环过程中,进气节流阀或者排气蝶阀对原机氮氧化物(NO_x)排放的影响较小,进气节流阀不仅升温效果好,而且油耗也稍低于排气蝶阀,采用进气节流阀平均温升可达60℃,而采用排气蝶阀仅28℃。     

单回路紫铜_水脉动热管传热性能的实验研究

实验研究了单回路紫铜—水脉动热管在水冷方式和定传热功率时,冷却水流量、倾角、管径和充液率4种因素对热管传热性能,包括管壁测点温度、冷热段均温、传热温差、传热热阻和温度振幅的影响规律,得到提高传热性能的一些措施。结果显示:水平放置的单回路脉动热管无法启动;30°以上倾角管内可产生振荡,增加倾角可降低传热热阻;定加热功率下,冷却水流量存在最佳值,过大和过小都会增加传热热阻;在脉动热管允许管径范围内,增加管径可大大降低传热热阻;相同传热功率时,30%充液率热管的传热热阻明显低于70%充液率管;小而均匀的壁温振荡比大幅锯齿状振荡时的传热性能好。     

不同螺旋角螺旋折流板换热器传热性能对比实验

对螺旋角为8°、12°、18°、30°、40°的螺旋折流板换热器进行了壳程传热性能和压力降测试,得到了相应结构下的总传热系数和压力降。然后通过对试验数据的整理分析,并进行曲线回归,得到了不同螺旋角的螺旋折流板换热器换热系数和压降经验计算公式。研究表明,实验条件下,30°螺旋角的螺旋折流板换热器的单位压降传热系数要优于8°、12°、18°、40°螺旋角的螺旋折流板换热器的传热系数。     

车用加热器燃烧室热损失分析与试验研究

浅析了车用加热器的高温燃气流动、温度变化和燃烧室热损失,为了降低热损失,对数种不同燃烧室结构方案进行了台架试验,结果表明,适当加长燃烧室外筒;在外筒与内筒之间加高铝陶瓷纤维纸;或将内筒延长至与外筒等长,并同时在二者之间添塞高铝陶瓷纤维纸等方法,对降低燃烧室热损失均有效。