不同入口流速下生物质锅炉尾部烟气凝结的数值研究

生物质燃料燃烧后所产生的烟气中含有大量的水蒸气, 在锅炉尾部添加冷凝换热器回收冷凝热可以有效提高系统热效率。选用的生物质燃料烟气中水蒸气的体积分数为27.9%, 基于Mixture模型并选用Lee模型作为冷凝传质模型对尾部烟气凝结的传热传质特性进行了数值模拟研究。假设流动为稳态, 湍流模型采用标准k－ε模型, 求解选用Simple算法, 研究了烟气侧不同入口流速下(1~4 m/s)温度场、流场及液态水体积分数的变化规律, 对翅片管换热器的表面传热系数及换热量进行了对比分析。计算结果表明, 随着入口流速的增加, 烟气出口温度逐渐升高, 壁面凝结速率不断增大, 而冷凝水量逐渐减少, 同时翅片管换热器的表面传热系数及换热量逐渐增加。     

蛇形流道太阳能平板集热器的数值分析

为了提高集热器的集热效率和减小占地面积,对传统的平板集热器流道进行改进,把整体空腔流道改为蛇形流道.利用CFD软件对蛇形流道太阳能平板集热器进行数值模拟,分析集热器入口流速对集热器出口温度和集热效率的影响.结果表明:蛇形流道太阳能平板集热器内部特殊的流道为空气提供有效的漩涡生成场所;入口速度越大,漩涡越大;相邻两气腔内的漩涡越近,集热效果越好.随着入口流速的增加,集热器效率明显增加直到稳定.该模型下的集热效率最高能达到0.76.集热器出口温度随入口流速的增加逐渐降低直到稳定,稳定温度下对应的最低流速为4 m/s,并且出口温度随辐射强度的增加而增大.     

含空气蒸汽冷凝换热特性的数值模拟分析

为定量考察气体流速、壁面过冷度、换热面高度和气体压力对含空气蒸汽冷凝换热的影响,本文采用数值模拟的方法进行了分析。计算了基于COPAIN试验装置和CFD软件STAR-CCM+中的扩散理论冷凝模型,在主流流速0. 1~3 m/s、壁面过冷度4℃~50℃、换热面高度0. 5~6 m以及气体压力0. 1~0. 6 MPa的条件下讨论了冷凝换热特性。研究表明:冷凝换热系数在主流流速小于0. 5 m/s的自然对流主导区内几乎不受速度的影响,换热系数相对偏差在6. 7%以内;壁面过冷度的幂指数可用空气质量份额和过冷度的函数来表示且幂指数范围为-0. 008 3~-0. 367;换热面高度在1 m以内时对冷凝换热性能有明显影响;不同蒸汽质量份额条件下,冷凝换热系数与压力的0. 64次方成正比。通过对计算结果的分析得到了冷凝传热性能与各影响因素之间的量化关系,这对进一步认识含空气蒸汽冷凝现象有一定的指导意义。     

烟气冷凝换热过程分析

本文对烟气冷凝换热过程进行了分析 ,给出了换热壁面上珠状凝结分为三个阶段的理论模型 ,给出了三个阶段的数学描述。通过实验验证了该理论模型的实用性 ;对珠状凝结与膜状凝结进行了比较。     

圆柱形壳管式相变蓄热单元的释热特性

为了推广太阳能季节相变蓄热热泵供暖系统在寒冷地区的应用,提出了适合该系统的圆柱形壳管式相变材料(Phase Change Material,PCM)贮热单元的结构形式;基于焓法建立了贮热单元的数学模型,并通过数值模拟研究了以CaCl2.6H2O为相变材料的相变蓄热单元的的释热特性及其随换热流体温度和流速的变化规律.研究结果表明:PCM在显热释热阶段温度变化快且释热持续时间短,而在相变潜热释热阶段,PCM温度变化慢且持续时间长;换热流体入口温度越高,释热速度慢且释热量越小.换热流体的流速越大则释热速度越快,流速越小则释热速度越慢.换热流体入口温度与流速是影响圆柱形壳管式相变贮热单元释热特性的重要因素.     

恒热流下湍流振荡流动与换热的数值模拟

为解决管内流体流动换热效率低及污垢沉积等问题,本文采用FLUENT6.3软件中的标准k-ε模型,对恒热流条件下圆管湍流振荡流动与换热进行了数值模拟,给出了管内流体流动的特点及区域边界条件,并对振荡流对表面传热系数和壁面切应力的影响进行对比分析。分析结果表明,当流体为非清洁水时,换热表面会有杂质沉积而形成污垢热阻,严重降低换热效率,而振荡流可以大幅增加最大壁面切应力,壁面切应力不仅会阻碍换热过程中非清洁水中杂质在换热表面的沉积,使换热设备一直保持在高效换热状态,而且还会冲击已沉积在换热表面的污垢层,使其脱落而减小污垢热阻,提高换热效率,所以振荡流在非清洁水换热过程中可以起到防除污垢的作用,提高换热过程中的换热效率,使换热设备一直保持在高效换热状态下。该研究为解决非清洁水换热过程中的污垢沉积问题提供了理论参考。     

圆管层流入口段耦合换热的数值模拟研究

采用控制容积法与蒙特卡罗法对圆管层流入口段参与性介质的辐射一对流耦合换热进行了数值模拟研究．在对流一扩散项的离散中,分别采用了一阶差分的指数格式与二阶差分的QUICK格式．通过模拟计算,比较分析了两种差分格式的结果差别,考察了入口段耦合换热的温度场、径向导热热流场以及对流换热壁面热流与努谢尔数的分布特征．研究表明,入口段速度边界层发展对势流区的排挤效应对耦合换热有明显影响,采用QUICK格式能够模拟这一现象,而一阶差分格式不能,后者过高地估计了对流换热强度;辐射换热在抑制对流换热作用的同时,使两种差分格式的模拟结果呈现偏差的区域由入口附近向出口方向扩展．     

渗层不锈钢管束表面真空下换热特性的实验分析

为了探究在真空条件下材料表面特性对蒸汽凝结换热的影响机理,从实验和凝结理论两个方面入手探索了在真空条件下渗层不锈钢管束壁面蒸汽凝结的换热特性。在真空条件下进行对比实验,实验结果表明,渗层不锈钢管束的凝结换热性能明显优于普通铜管束,且随着真空的提高,效果更为显著,最高提升幅度可达77％。进而从真空对蒸汽的流场、非冷凝气体的热阻及其固相和液相间的界面能差三个部分论证了真空度的提升有利于冷凝液滴的形成和凝结换热效果的提升,与实验结果相符。     

天然气锅炉余热深度回收换热器换热特性研究

针对在天然气锅炉中,由于排烟温度较高,排烟热损失相对较大,过热状态的水蒸气随排烟到大气中造成水蒸气潜热的巨大浪费的问题,根据工程热力学和计算传热学相关理论,在天然气锅炉系统尾部加装翅片管换热器用来回收排烟过程中烟气的显热和水蒸气凝结时释放的潜热,用此来进行余热的深度回收。进一步通过数值模拟的方法,来研究烟气侧入口速度对翅片管换热器换热特性的影响,得出了入口速度在一定范围内,速度越大换热效果越好。从而合理选择烟气侧入口速度,为深度回收烟气热量提供理论依据。     

能量桩群桩换热效率的数值模拟与分析

开展能量桩换热过程的数值模拟研究,分析各参数对能量桩群桩换热性能和桩土温度响应影响规律,可为探索高效经济且可行的能量桩设计提供理论依据。文章通过简化能量桩运行过程,利用Abaqus软件建立考虑桩内导管桩土之间相互作用的能量桩三维数值模型,并用收集的实验数据验证模型可行性,对各桩间距下不同换热管数的能量桩群桩与不同岩土体中的能量桩群桩的换热过程进行模拟,分析了不同桩径群桩在不同换热管数和桩周土体条件下的换热量及其换热效率。结果表明:各能量桩群桩换热前期无差异,之后桩间距越大的群桩换热量越大;三U型能量桩群桩的热效率系数大于单U型和双U型的;岩石作为桩周土体的换热效率要高于黏土,砂土的最低,而且桩间距接近4.5倍桩径时,黏土中的群桩热效率系数趋近于砂土。     

外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性模拟

为进一步揭示外掠管束间蒸发冷却传热传质及压降特性,综合考虑了管束壁面水膜的形成及湿空气-喷淋水间传质过程,采用DPM(Discrete phase model)与水膜耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性分析模型。首先,采用文献实验数据验证了模型的可靠性,其误差在1%范围内;然后,采用模拟方法,研究了外掠管束间传热传质及压降沿竖直高度方向的变化特征。结果表明：由于湿空气焓差和饱和空气焓差的变化,导致传质系数沿盘管高度方向发生波动,但总体呈降低趋势;在同一工况下,湿空气焓差对传质系数的影响较大,传质系数的波动主要是湿空气焓变化造成的;外掠交错管束间喷淋水膜温度并非保持恒定不变,而是随盘管高度的降低而降低,即沿下落方向液膜温度逐渐降低;交错管束底部区域喷淋水蒸发量最大,沿盘管高度方向,喷淋水蒸发量降低;喷淋水发过程主要发生在管束表面及管束尾流区,通过在管束间增加挡板或者减小管间距,可以强化管束表面及尾流区流场扰流作用,增强喷淋水的蒸发冷却作用;交错管束间传热系数在换热盘管中间稳定区域变化较小,其受进气温度、喷淋水温度及相对湿度的影响较小;交错管束间压力...     

烟气冷凝热能回收利用装置烟气流动方式优化研究

烟气冷凝热能回收利用装置中烟气的分布与流动对换热起着重要作用,为优化烟气冷凝热能回收利用装置,保证烟气能够在装置中分布均匀、充分换热,分别设计两种烟气流动方式,采用CFD软件Fluent模拟了烟气冷凝热能回收利用装置中的流场及温度场,并将其分别应用于实际工程进行现场实测.结果表明,采用渐变断面设计的烟气流动方式,烟气在换热面上分布更均匀,更有利于强化换热,阻力更小,节能率比采用等高断面最大可提高3.25%,可有效降低和消除噪音.     

二次再热机组烟气余热利用优化方案研究

二次再热已逐渐成为大容量、高参数超超临界机组的发展方向。对超超临界二次再热机组烟气余热利用技术进行了探讨,对4种可能的余热回收方案进行了热经济性计算和调频最大负荷量变化计算。分析结果表明,烟气-高加换热方案节能效果最好,发电煤耗率降低6 g/kWh;烟气-低加换热方案和烟气-低加-空气换热方案对给水调频的潜能无影响,但会降低机组凝结水节流调频的潜能;烟气-高加-空气换热方案和烟气-高加-低加-空气换热方案对凝结水节流调频的潜能无影响,但会降低给水调频的潜能。     

冷凝热分级利用对再生过程的影响

本文研究了一种基于溶液除湿,冷凝热分级利用的热湿独立处理空调系统,搭建了冷凝热分级利用逆流型再生过程试验台,并建立逆流型再生器的NTU-Le模型,开展了空气进口温度、溶液进口温度、冷凝热一次利用率及冷凝热分配比对再生过程性能影响的研究. 数值模拟结果表明在冷凝总热量相同的情况下,随着冷凝热一次利用率的增加,再生过程的再生量和再生热效率都不断升高. 在冷凝热一次利用率φ从0增加至1的过程中,随着冷凝总热量的增加,再生量和再生热效率的增幅不断增加. 冷凝热加热空气的热量Q_a相同,改变冷凝热加热溶液的热量Q_s时,再生量与再生热效率均随冷凝热分配比的升高而不断上升,但是如果溶液温度过高对于溶液的再生过程是不利的. 因此选择合适的溶液再生温度来达到较好的再生效果.     

湿法脱硫塔一维传热传质性能模型理论与试验

为预测湿法脱硫系统(wet flue gas desulfurization, WFGD)浆液温度,提出湿烟气绝热饱和温度的概念,推导浆液温度与入口烟气温度及含湿量的函数关系。基于预测的浆液温度,建立脱硫塔内液滴运动、热质传递及压差分布一维耦合数学模型;分析脱硫系统三维不均匀性对于模型准确度的影响;用龙格-库塔法对模型进行迭代求解,探讨脱硫塔内主要运行变量(浆液颗粒直径、烟气入口温度及液气比)对传热传质的影响,获得相关参数的一维分布规律。为验证模型的正确性,分别进行现场测试和物模试验。结果表明,预测的浆液温度与现场实测温度有较好的一致性,最大相对误差为4.56%;浆液颗粒直径是影响传热传质的主要因素;颗粒在下降过程中速度迅速衰减,并趋向于最终不变值;烟气温度沿塔高呈指数规律分布。与模型预测温度及压力相比,物模试验温度分布与压力分布的最大相对误差分别为4.72%和6.46%。模型具有较高的准确度,对脱硫塔的设计、运行及SO₂的传质研究有指导意义。     

湿法脱硫塔一维传热传质性能模型理论与试验

为预测湿法脱硫系统(wet flue gas desulfurization, WFGD)浆液温度,提出湿烟气绝热饱和温度的概念,推导浆液温度与入口烟气温度及含湿量的函数关系。基于预测的浆液温度,建立脱硫塔内液滴运动、热质传递及压差分布一维耦合数学模型;分析脱硫系统三维不均匀性对于模型准确度的影响;用龙格-库塔法对模型进行迭代求解,探讨脱硫塔内主要运行变量(浆液颗粒直径、烟气入口温度及液气比)对传热传质的影响,获得相关参数的一维分布规律。为验证模型的正确性,分别进行现场测试和物模试验。结果表明,预测的浆液温度与现场实测温度有较好的一致性,最大相对误差为4.56%;浆液颗粒直径是影响传热传质的主要因素;颗粒在下降过程中速度迅速衰减,并趋向于最终不变值;烟气温度沿塔高呈指数规律分布。与模型预测温度及压力相比,物模试验温度分布与压力分布的最大相对误差分别为4.72%和6.46%。模型具有较高的准确度,对脱硫塔的设计、运行及SO₂的传质研究有指导意义。     

水泥线窑头余热锅炉对流烟道流动特性研究

锅炉烟道流场设计是决定水泥线低温余热锅炉性能的重要因子.针对每年5000 t水泥线余热锅炉的烟道流动,采用标准κ-ε模型对锅炉烟道烟气流动特性、不同受热面布置方式的流场分布不均匀性进行了数值模拟研究.结果表明:锅炉废气引入弯管外侧聚集流动,而其内侧出现负压区;受热面管束可降低锅炉引入弯管所致的流动不均匀性.研究结果对水泥线余热锅炉烟道和受热面设计分析和锅炉运行安全性有重要意义.     

打印电路板式换热器流动与传热数值模拟研究

印刷板式换热器是一种新型高效紧凑式微型通道热交换器,具有紧凑、耐高温、高压的优点,在太阳能、液化天然气和核能等清洁能源领域受到广泛地关注与重视。针对印刷板式换热器应用于LNG行业的汽化器,采用超临界氮气作为工作流体。利用数值模拟和理论分析的方法研究PCHE不同流道弯曲角度、不同直径下进口截面温度变化对内部流动与传热效率的影响。结果表明,弯曲角度增大时,所对应的对流换热系数的数值也随着增大,压降也随之升高;流道直径的加大不仅使对流换热系数增强,压降也随之减小,有较好的传热效果。