新型回热器结构设计及换热特性研究

回热器作为斯特林热机的关键部件,对于太阳能斯特林热机整机性能有着重要影响。为克服传统金属丝网回热器结构存在的填料单一,制造成本较高,工艺复杂问题,采用实用等温分析法,以回热器的长径比、通流面积、填料种类以及孔隙率各项回热器参数为基础,设计了一种新型斯特林热机回热器,该回热器具有轴向压降小,换热性能高,结构稳定,加工制造简单的特点。开展了新型回热器和传统金属丝网回热器的换热性能对比研究,采用振荡条件下的局部热平衡方法研究回热器的传热过程,对比传统金属丝网回热器和新型回热器的温度变化,速度变化以及压力变化。结果表明:在整体孔隙率相同的条件下,新型回热器和传统金属丝网回热器相比,整体启动速率相似,但新型回热器压降减少0.04 MPa,速度出现分段式变化,有利于回热器的换热和结构稳定。因此,新型回热器不但在结构上优于传统金属丝网回热器,在换热特性上也优于传统金属丝网回热器。     

斯特林发动机回热器传热和流动特性研究

为优化斯特林发动机回热器的综合性能,采用多孔介质模型对不同孔隙率、丝网材质及不同结构的金属丝网回热器进行了多段式数值模拟研究。基于回热器效率、流阻损失和综合性能参数等指标对模拟结果进行了分析。结果表明:回热器的效率和流动损失随孔隙率的减小而增大;单段式小导热率填料的回热器流动阻力非常大,而采用热端大孔隙率高导热率,冷端小孔隙率低导热率材料的多段式基体结构,能进一步降低回热器流动阻力损失,提高效率,获得更好的回热器性能。     

微型燃气轮机圆筒原表面回热器的性能试验研究

对微型燃气轮机圆筒形原表面式回热器的传热与流动性能进行了试验研究.利用计算机控制检测传热性能试验台对该回热器在①两侧流量相等、改变两侧温度及②固定两侧温度,改变系统质量流量的情况下进行了传热性能和阻力性能试验.结果表明:随着质量流量的增加,回热器的传热系数增大,传热量逐渐增加,回热器的两侧压降也增大;在等流量时,回热器两侧的压降有所不同,高压低温侧压降比低压高温侧压降大,但低压高温侧压降增加较快,因此在设计回热器时必须重视两侧压降的变化情况,根据试验结果得出了传热和阻力随工况改变的变化趋势.     

板翅式回热器传热性能的试验研究

采用等流量,变流量两种试验方法对板翅式回热器进行传热性能试验,并进行传热数据分析,获得有工程应用价值的Nu-Re准则关系式。通过数值模拟的方法,分析流道的温度场和流场分布情况,得出了此回热器可通过改变流道表面粗糙度或结构来提高其换热性能。图6表2参6     

H型翅片椭圆管束传热与阻力特性的实验研究

对H型翅片椭圆管束的管外侧传热与阻力特性进行了模化实验研究,得到了H型翅片椭圆管束的管外侧传热与阻力特性变化规律,分析了横向管间距s_1与纵向管间距s_2对H型翅片椭圆管束传热与阻力特性的影响。研究表明:在研究范围内,随着s_1的增大,管外侧传热性能变差、阻力减小;随着s_2的增大,管外侧传热性能明显变差,阻力明显减小;且纵向管间距s_2对传热与阻力性能的影响比横向管间距s_1更明显。     

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。     

水平管壳式相变蓄热装置的强化传热研究

基于焓法模型对水平管壳式相变蓄热装置热性能的增强进行研究,首先分析蓄热过程中传统管壳式装置内材料的传热及流动机理;然后引入椭圆元素并对比椭圆内管及外壳的强化传热效果;最后对热源温度、相变材料导热系数及初始温度对装置热性能的作用规律进行探讨。结果显示,椭圆外壳的强化传热效果优于内管,同等条件下,长短轴之比为2的椭圆外壳可使蓄热时间缩短53.5%。热源温度升高,椭圆外壳的强化传热效果进一步增强,相变材料的导热系数及初始温度对装置热性能的影响较小。     

圆管内间隔插入交叉半椭圆片传热与流动的数值模拟

为了改善粘性流体在换热管内的流动传热性能,以水为工质,在管内有间隔地插入交叉半椭圆片,建立了相应的物理和数学模型,并对其传热与流动特性进行了数值模拟,同时与光滑管传热性能进行对比。研究结果表明:在圆管内插入交叉半椭圆片可以有效的提高综合传热性能,其综合性能评价因子PEC在1.1-1.95之间。     

螺旋扭曲椭圆管换热器壳程数值模拟

以水为介质,采用k-ε模型,用数值模拟方法研究了5种不同结构的螺旋扭曲椭圆管换热器的管外壳程传热与流阻性能,并和采用椭圆管作为换热部件的换热器进行了比较.研究结果表明,螺旋扭曲椭圆管换热器壳程有较好的强化换热特性,螺旋扭曲椭圆管的几何尺寸和流体流动速度对壳程传热与流阻性能有重要影响.通过数值模拟所获得的规律为螺旋扭曲椭...     

不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束,讨论了在不同雷诺数下,纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明:纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域,使冷热流体之间的混合加剧,增强流体的湍流动能,进而达到强化传热的效果;与无纵向涡发生器的管束相比,带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高;当纵向涡发生器后置时,换热器的传热效果最优;在雷诺数相同,攻角为30°时,流体的传热性能和阻力特性均达到最优;相同攻角摆放时,椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。     

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。     

螺旋扭曲扁管管内湍流传热性能数值模拟

采用Realizable k-ε模型及周期性边界条件对螺旋扭曲扁管管内充分发展湍流流动与换热性能进行了数值模拟和理论分析,并且提出了螺旋扭曲扁管强化传热评价指标。通过建立不同规格的螺旋扭曲扁管几何模型,得出螺旋扭曲扁管的长短轴比a/b越大、扭曲比s/de越小,其强化传热综合性能就越好,与此同时,其流动阻力也会增大。随着Re数的增大,强化传热综合性能减弱。     

扭曲椭圆管强化传热的场协同分析

以高效传热的扭曲椭圆管为研究对象,建立了不同的扭曲周期的扭曲椭圆管的几何物理模型,采用CFD技术对以水为流体的扭曲椭圆管及相应的椭圆管内进口段的流动传热情况进行了数值模拟,获得各管道的速度场、压力场及温度场,并基于场协同原理对其速度与压力梯度的协同效果及速度与温度梯度的协同效果进行分析和比较,获得椭圆扭曲管内流体流动的换热效果及阻力损失的影响因素及其强化传热的机理,为换热器应用中扭曲椭圆管的优化设计和科学研究提供参考依据。     

三维变形管与三维内肋管在管式空气预热器上的应用研究

本研究对比分析了三维内肋管及三维变形管的结构特点和强化传热机理,在相同工况下,揭示了光滑圆管、三维内肋管及三维变形管用于管式空气预热器时的传热性能和流动阻力性能,三维内肋管和三维变形管传热性能均优于光滑圆管,三维变形管管内传热系数和流动阻力系数随短长轴B/A的减小而增大,三维内肋管可增加每米肋数、肋宽和肋高以强化传热效果,但流体流动阻力也将增加,低Re下,三维变形管管内综合传热性能优于三维内肋管,三维变形管管外自支撑而防止管束振动的特点可以实现在管内外的冷热流体纯逆流动,提出一种传热温差高的逆流三维变空间管式空气预热器,在相同工况条件下,空气预热器重量减轻,体积减小约65%,节省大量的生产和运输成本以及安装空间,三维变形管空气预热器在烟气余热利用中具有推广应用价值。     

椭圆管翅式换热器空气侧传热和流动特性的数值模拟

建立了椭圆管百叶窗翅片换热器三维模型,对椭圆管翅式换热器空气侧传热和流动特性进行了数值模拟,分析管径、管排数、翅片间距对椭圆管翅式换热器空气侧传热流动的影响。结果表明:管排数为1～3时,椭圆管百叶窗翅片换热器空气侧换热系数随换热器管排数的增加而降低,最大降幅达17.1%;椭圆率为2:3的椭圆管翅式换热器综合性能最好,与同周长圆管管翅式换热器相比,换热性能提高了10.1%,降阻幅度达32.3%;随着风速的提高,翅间距对管翅式换热器换热性能及阻力影响逐渐降低。     

回热器孔隙率对VM循环热泵性能的影响分析

孔隙率是表征回热器结构和效率的重要参数,影响整个系统的流动和传热特性。以热驱动斯特林循环的VM(Vuilleumier, VM)循环热泵为研究对象,建立了其内部回热器的模型,研究了在不同的热源温度、系统压力、转速、容积比和工质的情况下,孔隙率对整个热泵系统性能的影响。结果表明：随着孔隙率的增加,系统性能系数先增加后减小,在0.6左右达到最佳。在相同孔隙率的情况下,系统性能系数随着热源温度、系统平均压力、容积比、转速的增加而分别增大,并且增加的幅度是越来越小的。对于工质而言,氦气和氢气的性能较优,而氮气的性能较差。综合考虑安全等因素,宜选氦气作为工质。     

管外冷凝强化换热管的结构及发展趋势

介绍了各种类型的管外冷凝强化换热管,分析了其强化机理及结构特点,并总结得出:管外冷凝强化管的换热系数与管型有关,且各管型的结构参数对强化传热具有重要的作用.对国内外管外冷凝强化技术研究工作进行分析,结果表明,目前管外冷凝强化换热管的研究主要集中于翅片形状、翅片密度、翅片高度等结构参数对换热性能的影响.强化换热管的冷凝传热性能不仅与翅片结构参数有关,而且也与管材的表面特性和导热系数有关.管外冷凝强化换热管的研究重点是开发新型三维结构翅片的双侧强化管并研究其传热关联式,以及研究不锈钢等低成本材料制造的强化管换热管的传热性能和强化结构的优化.     

中冷回热循环_ICR_燃气轮机在舰船的应用

本文回顾了舰用中冷回热循环(ICR)燃气轮机的发展历史及所取得的主要经验。叙述了采用中冷回热燃气轮机的历史必然性、发展现状与主要性能指标。分析了中冷器和回热器的结构型式、重量、体积和应进一步研究的问题。最后以实例说明中冷回热燃气轮机对舰船战技性能产生的影响。     

圆形凸胞管内传热数值模拟及场协同分析

在普通光滑圆管基础上提出一种新型凸胞换热管,对凸胞管和光滑管的传热特性进行数值模拟,通过改变流速比较无量纲半径I、节距P、排布方式对换热性能的影响,应用场协同理论分析其强化传热机理。模拟结果表明:在所研究的雷诺数范围内,Nu随着无量纲半径I的增加而增加,综合换热性能PEC指数在Re=17 534、无量纲半径I=0.2时为最大;凸胞节距P对Nu的影响较弱,较小的凸胞节距其综合换热性能更优;凸胞对排流动阻力大,错排综合换热性能优于对排;从速度场、温度场分布及场协同原理分析凸胞换热管的强化传热机理。     

汽轮发电机定子水冷器传热与阻力特性的实验研究

为实现汽轮发电机定子水冷器的优化设计，以折流栅-螺旋槽管为强化换热元件，对水冷器进行了传热和阻力特性模化实验研究。获得了管、壳程流速及折流栅间距对传热和阻力特性的影响规律，并采用壳程单位压降的传热系数K／△P。对水冷器综合性能作了评价，将实验结果与前人研究成果作了比较。