微型燃气轮机回热器燃气腔结构优化

1引言分布式发电与大电网相结合是节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的一种方式,被世界很多专家公认是21世纪电力工业的发展方向[1],微型燃气轮机是目前最有竞争力的分布式发电方式[2]。微型燃气轮机是一种新型发动机,近年来在分布式发电/能源系统领域发展迅速。     

微型燃气轮机表面式回热器的应力分析

应用ANSYS软件,对100kW高效紧凑式微型燃气轮机用表面式回热器进行了应力分析,验证了选用的换热片材料(0Cr18Ni11Nb)的可靠性.结果表明:温度载荷所产生的热应力是应力中的主要部分,温度每升高50K,应力增大6MPa;换热片设计成燃气通道截面积大于空气通道截面积时具有最高的强度.     

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：     

高效工业燃气轮机回热器的设计可靠性

不断要求节省燃料促进了然气轮机的高效设计和高效运行。为了节省更多的燃料,回热器必须在较高温度和压力下工作,并且必须经受频繁的启,仃循环。本文介绍了回热器的设计思想、设计方法及确定其最终设计的全尺寸试验,特别强调回热器和所用材料试验的重要性。作为可靠设计的需要,本文还将工作条件下的材料数据与表列数据作了比较。     

微型燃气轮机回热器

回热器是能源岛系统中微型燃气轮机的一个主要部件。根据回热器的运行特点及具体设计要求，介绍了国内外在回热器传热表面结构、回热器结构和材料等方面的研究状况，并指出回热器的研究趋势、研究方法和手段。图13表2参13     

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。     

带回热的燃气轮机-有机朗肯联合循环热力设计

燃气轮机以其高效率、低污染、运行成本低的优点被广泛应用于分布式发电系统中。为了进一步提升天然气资源的利用率,本文提出了带回热的燃气轮机-有机朗肯(ORC)联合循环,以高临界温度的有机物为底循环工质,来回收燃气轮机排气中的余热。建立了带回热的燃气轮机-ORC联合循环的模型,提出了使该联合循环热效率最优的热力设计方法,进行了不同设计条件下的仿真试验。结果表明,与传统的燃气-蒸汽动力循环相比,带回热的燃气轮机-ORC联合循环具有更高的联合循环热效率。选择甲苯作为底循环工质,可以获得最高的联合循环效率。此外,燃气轮机-ORC联合循环可以用于热电联供,同时满足区域电负荷和热负荷的要求。     

通道形面对PSR性能影响的分析

针对一种新型的紧凑式换热器－－一次表面换热器（PSR）,分析了分别由椭圆、正弦曲线和抛物线构成板片波纹对芯体性能的影响。结合一台用于燃气轮机回热器的一次表面换热器样机的设计,给出了三种板片波纹形式的PSR芯体的主要性能,并通过与相应的板翅式芯体的对比,表明这种换热器的优越性。     

孔隙率对斯特林发动机回热器影响的数值模拟

回热器作为斯特林发动机的核心部件,其工作条件极其恶劣,流动和传热过程更是复杂,迄今为止还没有一种准确描述其工作过程的方法.针对孔隙率对回热器传热及流动特性的影响,利用Fluent软件进行了三维数值模拟,通过模拟发现填料孔隙率的变化对回热器内压损及蓄热能力都有很大的影响.     

燃气轮机冷却技术综述

详细地阐述了对气膜冷却、内部强化换热以及热管冷却等的影响因素,目前的应用状况以及发展前景.重点集中在内部强化换热和热管冷却.本文可以使刚开始接触燃气轮机冷却技术的人员对冷却技术有个整体的了解,还可以对研究设计人员提供必要的参考依据.     

板翅式回热器传热性能研究

对板翅式回热器的传热性能进行了实验和数值模拟,对板翅式回热器的传热性能以及其温度场和速度场的情况进行了分析,为今后的此种换热器的设计与改进提供了一定的理论依据。并且为研究板翅式气-气回热器在高温下的传热规律,分析参与换热两侧流体的传热特性,做出了初步探讨。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

燃气轮机动力装置低NOx燃烧室火焰管冷却过程的传热强化

在分析和比较强化燃烧室火焰管外壁面空气冷却传热过程的主要方法和基础上,提出了燃烧室冷却系统的改进方案,并对改进后的燃烧室冷却系统进行了试验研究。基于试验数据,对燃烧室筒体和环形冷却流道进行了传热分析,得出了一系列对进行燃烧室冷却过程的传热强化以及燃烧室冷却系统设计有指导意义的结论。