印刷电路板换热器中S-CO2换热特性数值分析

为了探究超临界二氧化碳(S-CO2)在直通道印刷电路板换热器(PCHE)中换热特性,本文采用数值模拟方法对此问题进行了研究.计算分析了S-CO2在印刷电路板换热器中的换热特性,并对比了在单独改变一侧通道入口温度、工作压力及工质流量时对流换热系数和壁面努塞尔数的变化趋势.研究结果表明:由于工作压力不同,超临界二氧化碳工质存在从类液区向类气区过渡的情况,导致印刷电路板换热器换热通道入口温度或流量变化相同时对流换热系数和壁面努塞尔数呈现出不同的变化趋势.保持超临界二氧化碳工作压力和流量一定时改变冷侧入口温度比改变热侧入口温度对印刷电路板换热器热功率的影响更大;改变热通道的压力或流量要比改变冷通道的压力或流量对PCHE热功率的影响更大.     

超临界CO2印刷电路板换热器热工水力特性研究

对于超临界CO₂布雷顿循环中的印刷电路板换热器,其复杂结构与工作介质的特殊物理性质将导致集总参数方法出现较大的计算误差。为提升印刷电路板换热器的换热参数的计算精度,本文基于Modelica语言,采取分节点建模方法,开发了印刷电路板换热器的热工水力特性计算程序,对其稳态运行时的换热参数进行了分析。结果表明：印刷电路板换热器的通道内超临界CO₂的对流换热系数沿流动方向发生显著变化。与设计值相比,分节点计算程序的最大相对误差小于3%,计算精度相比于集总参数方法显著提升,因此有必要采取分节点计算方法以提高计算精度。研究结果可为超临界CO₂布雷顿循环系统中印刷电路板换热器的设计和仿真提供参考。     

几何结构对S-CO2离心压缩机热力学性能影响分析

离心压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环中的核心部件，其内部结构与流动换热机理复杂，为了研究多种结构对S-CO₂离心压缩机性能影响，本文针对某兆瓦级S-CO₂离心压缩机进行了一维和三维数值方法模拟。基于该模型采取线性加权和法对压缩机5种不同结构参数变化引起的热力学性能进行了量化研究。结果表明：叶片后弯角和无叶扩压器长度对离心压缩机性能的影响最大，其次是叶片数、分流叶片长度和叶顶间隙；增加叶片数可提高叶轮做功能力和压比，但增加过多会降低效率；0.25～0.75 mm内，随着叶顶间隙增加，离心压缩机的压比和效率降低，最佳分流叶片长度系数为0.74。本文研究结果可为后续S-CO₂布雷顿循环系统中离心压缩机设计提供参考。     

铅铋回路自然循环瞬态特性与腐蚀沉积研究

为了解决液态铅铋回路在自然循环状态下腐蚀沉积对堆内结构材料的影响问题，本文开展了铅铋回路自然循环瞬态热工水力行为分析与溶解腐蚀沉积研究。通过对铅铋实验回路进行数学建模，开发了适用于瞬态自然循环的热工水力程序和腐蚀沉积程序。进行了瞬态启动、功率阶跃等典型工况下的瞬态热工水力行为分析，以及在无氧、氧控状态下的回路腐蚀沉积分布研究。结果表明：在瞬态启动过程中，铅铋回路温度波动较大，功率阶跃与入口温度增加均会导致自然循环流量的增加；铅铋回路自然循环运行且无氧控时腐蚀非常严重，在引入氧控后(c₀=1×10^-8),最大腐蚀速率仅为无氧控时的1/1 000,并且加热功率的提高会导致回路的腐蚀沉积速率增加，无氧和氧控状态下结果一致。本文为铅铋回路安全稳定运行提供参考。     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

直接式污水源热泵机组两换热器的设计计算

在直接式污水源热泵系统中,污水满液式蒸发器和冷凝器的正确合理的设计是系统安全高效运行的关键.文章基于污水的流动阻力与换热特性,阐述了直接式污水源热泵系统中的污水换热器(冬季蒸发、夏季冷凝)的设计方法,以及管排的优化布置方式,编制了相应的设计程序,并结合实际算例给出了污水换热器的热工设计和管排布置的要点和设计所需的重要参数.结果表明:换热管污水侧为光管,无强化措施,增大流速不但可以提高对流换热系数,而且可以抑制污垢热阻稳定值;增加污水的流程数可提高流速进而改善换热,污水蒸发器和冷凝器中的污水以4流程为宜,且管排布置方式可分为水平布置和上下布置两种;提高污水换热器的整体性能,关键在于如何强化污水侧换热系数和减小管内污垢热阻.     

超临界CO2在螺旋管式冷却器内的传热特性研究

螺旋管结构紧凑、换热效率高,在CO₂气体冷却器中应用广泛. 超临界CO₂热物性变化剧烈,其在螺旋管内的传热特性异常复杂. 通过对不同冷却热流密度和质量流速工况下的数值模拟发现,螺旋管内超临界CO₂传热系数沿流动方向呈近似抛物线分布; 冷却热流密度越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越小; 质量流速越大,传热系数峰值越高,出现峰值的流动转角越大; 不同热流密度与质量流速的比值决定整个流动方向传热系数的涨落,基于此提出了一个适用于均匀冷却螺旋管内超临界CO₂传热计算的关联式,可为螺旋管式气体冷却器的优化与设计提供参考.     

人字形双流道板式换热器的性能优化分析

为研究波高对冷热双流道板式换热器的影响,对不同紊流状态下正弦人字形换热器进行了三维建模,利用 ANSYS Fluent 软件对冷热流道内换热器的换热和流动特性进行了数值模拟分析,得到了不同湍流强度下换热器内部温度、速度、压力场的分布特性,并分析了典型波纹倾角、波距情况下,不同波高对换热器平均壁面努塞尔系数（Nu）及摩擦因子的影响。结果表明：①雷诺数增加使得换热器内部热交换性能提升,换热死区面积减小,压力增大;②入口流速的增加使得 Nu 随之增大,但也使沿程阻力增加,入口流速 0.4 ~ 0.8 m/s时换热器换热性能良好;③ Nu 随波高呈线性增加趋势,考虑到沉淀结垢及摩擦因子随波高变化,建议波高4 ~ 5 mm 为宜。     

微细通道内CO2流动沸腾换热数值模拟分析

为了研究CO₂工质在微细通道内流动沸腾换热特性,采用Fluent软件建立模型,通过给定边界条件模拟分析了CO₂沸腾换热,与已有的换热关联式进行对比分析.结果表明：低干度下的相对误差在15%以内,验证了模型的准确性.根据液相容积分配图,在低干度条件下,随着饱和温度和热流密度的增大,通道内气泡的数量增多,尺寸明显增大,说明CO₂沸腾换热系数增大;质量流速对沸腾换热系数的影响较小,从而也说明了在低干度区,CO₂核态沸腾机理占主导地位.     

氧化铈含量对LZ91合金微观组织和显微硬度的影响

主要研究了添加不同质量分数的氧化铈(CeO₂)所制备成的LZ91合金复合材料的微观组织以及显微硬度。X射线衍射(XRD)证明了铸态LZ91合金α-Mg、β-Li相以及MgZn₂的存在,随着CeO₂的加入,复合材料LZ91合金的相组成发生了改变。对显微组织的研究发现,添加不同质量分数的CeO₂,影响了α-Mg的面积分数(S_α)和α-Mg晶粒大小,当质量分数为3%时面积分数最小为27%,晶粒最小值为58μm;同时观察到微观结构中的相组成发生了MgZn₂的消失和MgLiZn的生成,发现CeO₂的加入改变了合金的凝固方式。利用纳米压痕方法对材料的硬度进行表征发现,随着CeO₂的添加,显微硬度逐渐降低。     

高温镍基合金烟气侧腐蚀机理研究

Inconel 740H合金作为700℃级超超临界锅炉管材的主要候选材料,对其耐腐蚀性能进行研究具有重要意义。为探究合金烟气侧腐蚀机理,本研究首先利用Fluent软件,采用非结构化网格,RNG k-ε湍流模型,对所用的气体混合器以及管式炉内的气体流动进行了模拟,研究发现N₂和CO₂在下、O₂和SO₂在上的进气方式气体混合更加均匀,对于管式炉内的石英舟,将垂直石英管方向上的两个壁面去掉,气流可与合金试样充分接触。基于模拟结果条件,本研究进一步采用涂盐法与失重法进行实验,绘制腐蚀动力学曲线分析腐蚀速率,使用XRD、EDS分析实验样品。结果表明,涂灰组合金在实验中出现了显著的腐蚀失重,而不涂灰组合金则是轻微的腐蚀增重,涂抹的合成煤灰对合金的热腐蚀具有明显的加速作用,合金表面生成的Fe₂O₃、Cr₂O₃对腐蚀有抑制作用,而涂盐组所含有的Na₂SO₄以及NaCl等物质能够破坏表面...     

污垢对污水源热泵系统性能影响

为保证寒冷环境下污水生物处理顺利进行,根据哈尔滨某制药厂的实际情况,提出以处理后污水为热源的污水源热泵系统,用以加热原生污水.而污垢问题是污水源热泵设计和推广使用的难点和重点.讨论污垢与换热的理论关系,并详细模拟污垢热阻变化对该污水源热泵系统性能的影响.模拟和分析结果表明,换热器的淋激式结构适合污水环境,污垢对换热的影响不仅与污垢热阻有关,还与传热系数的大小有关.污垢热阻增加,系统能效比减小,制冷剂质量流量减少,冷凝器侧污水出口温度降低,当该温度低于30℃时应考虑除垢.污垢热阻从0增加到5.28×10-4m2.K/W,压缩机输入功率增大18.02%.污垢热阻越小,制冷剂就可以以越低的平均温度提升污水温度.     

管束式换热器导流结构数值模拟研究与优化设计

采用计算流体力学方法,建立进口带导流结构的叉排管束式换热器的CFD模型,分别模拟了换热器入口流速为15、30、46 m/s时,导流结构及叉排管束间的流场分布。以前4排管束间截面的速度标准差为流场均匀性判断依据,研究换热器入口变径长度以及内导流结构进出口尺寸对换热器内部流场均匀性的影响.结果表明:在模拟范围内,随着换热器入口流速减小,热器入口变径长度系数λ最优值减小,导流入口结构比值H_1/W_i最优值增加,导流出口结构比值H_2/H_0最优值减小。     

声空化污水换热器的防除垢与强化换热实验

为解决污水源热泵系统中污水换热器结垢导致的热阻增大、传热效果恶化问题,将声空化技术引入污水换热器中.搭建声空化污水换热器的防除垢与强化换热动态实验台,研究防除垢与强化换热的数学模型,对不同影响参数下污水换热器换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果开展实验研究.结果表明:换热管结垢量、结垢率、积垢速率及污垢厚度均随污水流速的降低而增大,最大结垢量为106 g,结垢厚度0.54 mm,积垢速率为12.6 kg/(m~2獉h);除垢率随流速及声空化作用时间的增大而增大,但非一直增大,最大除垢率达85.7%;污水黏度对各项指标影响巨大且流速越小影响越大;换热管的传热系数及其提高百分比均随声空化作用时间、污水温度以及污垢含水率的增加而增大,最大提高百分比达53.4%.故声空化污水换热器防除垢与强化换热具有一定的可行性和高效性,对节能减排具有重要意义.     

冬季工况地埋管换热器换热特性的影响因素

地埋管地源热泵技术可为冬季桥梁融雪工程提供绿色、环保的解决方案,但冬季工况地埋管换热效率的影响因素尚不明确.针对单U型地埋管换热器,采用数值计算方法,研究入口温度、回填材料配比、孔深和间距对冬季取热能力及周围土壤温度分布的影响.结合某桥梁实际供暖工况,建立3种不同埋深的单个换热器模型及3种不同间距的换热器群模型,并进行多工况条件下的影响因素对比分析.结果表明,系统运行48 h时,入口温度为2℃条件下的换热功率将较8℃时提高约82%;降低回填料中膨润土的质量分数有利于换热;随着换热器深度增加,每延米取热能力下降;扩大换热器间距可减弱彼此间的热干扰效应;运行8 h时,间距4 m条件下较间距3 m时换热功率提高5.4%,间距5 m条件下较间距4 m时提高1.9%.     

二次再热机组烟气余热利用与抽汽参数优化研究

对某1 000 MW二次再热机组应用遗传算法进行余热利用和抽汽的整体优化。余热利用方式选择两种:方案1,低压回热加热器之间引入低温烟水换热器;方案2,采用空气预热器分级布置,在水侧高温烟水换热器与1~#高压加热器并联在烟气侧高温烟水换热器与高温空气预热器并联,出口烟气汇合后进入低温空气预热器。结果表明,机组在余热利用后对最佳抽汽口位置有很大影响;采用方案2整体优化后发电功率增加最明显,可以使机组发电功率增大21 170 kW,发电效率比单独优化提升明显。此外,研究表明,在锅炉烟气余热利用时需要余热和回热同步优化。     

嵌入式微通道传热特性及局部热点尺度效应

通过实验测试结合理论分析,研究嵌入式微通道冷却系统的传热特性及局部热点的尺度效应. 测试芯片加工采用MEMS工艺,微通道层与顶层之间的连接采用硅硅直接键合,芯片与电路板（PCB）之间的连接采用倒装焊接. 研究结果表明,采用嵌入式微通道设计极大地缩短了微芯片到微通道的导热距离,可以显著地减小微芯片到环境的热阻. 根据测试结果可知,在100 W/cm²均匀热流密度的条件下,使用6.84 mW/cm²的泵功,可以将模拟IC热源的温升控制到小于40 K,能效比超过14 000. 在非均匀热流密度的条件下,局部热点的存在会增大导热热阻在总热阻中的占比,局部热点尺度越小,热点附近的侧向热传导越严重,导热热阻越大,这减小了对流换热热阻在热点区域总热阻中的占比,使得增大对流换热系数带来的总热阻降低效果减弱.     

与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统性能研究

提出一种与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统,利用室内回风作为再生空气、热泵冷凝热预热再生空气和再生溶液、冷冻水预冷除湿前溶液.建立了与实验数据具有良好吻合度的系统整体数学模型,模拟研究了系统再生侧热泵冷凝热分配比φ、再生空气回风比R_hf以及除湿侧冷冻水入口温度t_w,in的变化对系统性能的影响. 结果表明,随着φ的增加,系统的再生能力、除湿能力与性能系数均会下降. 随着R_hf增加,系统的除湿量和系统性能系数分别上升了30.95%和20.07%. 当t_w,in升高时,再生侧的调节能抑制系统除湿能力的进一步下降. 研究结果为溶液除湿空调系统的优化提供思路.     

R410A水平三维强化管蒸发换热实验

针对传热管内蒸发换热特性,开展了R410A在铜及不锈钢光管和涟漪纹管管内换热特性的实验研究,分析了部分流型对管内蒸发的换热机理。实验工况：饱和温度为6℃,制冷剂质量流速为100～200 kg·(m²·s)^-1,干度范围0.1～0.9。验证了光滑管内的流型,结果与Wojtan流型图的预测具有较好的一致性。实验结果表明：蒸发换热系数随质量流速增加而增加。换热系数与流型相关。压降主要取决于质量流速和干度。与光滑管相比较,传热强化率为1.27～1.96,沸腾压降增加了11%～36%。     

添加剂对高碱煤灰渣流动特性及钠捕获效率的影响

为了给液态排渣锅炉安全燃烧准东高碱煤提供理论依据,在水平管式炉上利用刚玉斜坡对添加不同质量分数 SiO₂、CaO、Fe₂O₃和MgO的准东煤灰渣在空气气氛下的流动性能进行研究. 利用XRF技术对煤灰渣的钠质量分数进行分析,并通过钠捕获效率来表征煤灰渣的固钠效果. 研究表明：SiO₂和Fe₂O₃能够促进准东煤灰熔融.当SiO₂的质量分数为10% 时,煤灰渣由结晶渣逐渐转变为玻璃体渣,流动性能大大提高;而CaO和MgO则会抑制煤灰熔融,导致流动性能降低. 随着SiO₂添加比例的增加,灰渣对钠的捕获效率逐渐升高,当SiO₂的质量分数达10%时,钠捕获效率由原先的23%上升至30%;而随着Fe₂O₃添加比例的增加,钠捕获效率缓慢降低. 因此,当SiO₂的质量分数为10%时即可有效改善煤灰渣的流动性能,又能提高钠的捕获效率.