基于基团贡献法的生物柴油比定压热容的理论研究

生物柴油是一种可再生的清洁能源,主要原材料是植物油、废弃的餐饮油（地沟油）和动植物脂肪等,主要应用于表面活性剂、天然脂肪醇、工业溶剂、工业润滑剂、生物酯增塑剂、醇酸树脂等。比定压热容是流体的热工性能关键参数,是计算热工设备中工质焓变的基础数据,同时也是流体流动和传热计算的必要数据。采用基团贡献法研究在生物柴油中各基团随压力及温度的变化规律,提出了生物柴油主要组分脂肪酸酯类物质的比定压热容计算模型。与实验数据相比,模型计算值的最大偏差为2.7%,绝对平均偏差为0.79%,具有较高的计算精度,适用于温度333～433 K,及压力0.1～10 MPa范围内脂肪酸酯类物质的比定压热容计算。该模型的提出能够为生物柴油的推广应用提供基础热物性数据。     

燃烧器流动换热性能数值模拟

针对燃烧器内壳体壁面在高温燃气作用下产生变形、裂纹、皱曲和局部过热等故障,该文采用FLUENT软件对燃烧器的流动换热特性进行了数值计算,建立了燃烧器流动换热的物理模型,分析了高温燃气的压力、温度及速度分布、燃烧器内壳体内外壁面的温度分布、冷却水侧的温度分布和压力损失,旨在为燃烧器研发、设计及优化提供理论依据。数值计算结果表明,燃烧器喷管流通面积的减小使燃气的流速急剧增大,对燃烧器球形底部形成强烈冲击,导致燃烧器底部传热恶化,冷却效果不好,出现局部高温;冷却通道内冷却水最高温度小于冷却水压力对应的饱和水温度,冷却水不会发生沸腾;冷却水通道的沿程压降主要损失在螺旋通道内。     

三种翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察大管径下不同翅片形式对空气侧强化传热的影响,对6排平直,开缝、纵向涡翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究,发现开缝翅片的传热性能高于纵向涡翅片和平直翅片,但相应阻力也增加,在试验的Re数范围内整理出了传热和阻力的关联式,并分别在相同质量流量、相同压降和相同泵功三种准则下对三种换热器进行了传热与阻力的综合比较,结果表明开缝翅片综合性能高于平直翅片和纵向涡翅片.     

进风角度对椭圆管翅式换热器传热性能影响

对两排椭圆管翅式换热器实验元件在不同进风角度下（30°、45°、60°和90°）的换热性能进行了实验研究,结果表明,在测试的迎风速度范围内随着进风角度的减小换热器换热性能减弱,并给出了测试工况范围内的换热性能经验关联式;对不同进风角度下空气侧换热性能进行了数值计算,与实验结果进行对比,符合良好;最后对不同进风角度下换热器内不同通道内空气平均速度的分布进行了研究,解释了换热性能差异的原因,为相应的工程应用提供理论参考。     

基于漂移流模型的液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器热工水力特性分析

在液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器中,存在一个普遍问题,其一次侧的进、出口温差大幅升高,二次侧出口蒸汽过热度显著增大,这给其设计及运行带来了挑战。基于离散网格法建立了液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器热工水力分析模型。模型对整个一、二次侧回路进行网格划分,采用漂移流模型计算二次侧水-水蒸汽的流动与传热,并在一次侧计算中采用液态金属物性与流动传热关联式;采用内节点法对壁面划分网格,考虑两侧流体与管壁间的对流换热以及壁面导热。基于实验数据验证模型可靠性。以铅铋快堆为例,研究不同入口条件下蒸汽发生器的热工水力特性。研究发现一、二次侧之间的壁面热流密度沿程分布极为不均匀,且热流密度峰值极高。算例中壁面热流密度最大值达到1361 kW/m²,最大值与最小值间相差数十倍到数百倍。随着一次侧入口铅铋温度以及铅铋流速的增加,二次侧过冷水区及两相区长度明显缩短,过热蒸汽区长度明显增大;同时,壁面热流密度峰值向螺旋管入口方向移动,二次侧工质压降明显增大。     

矩形通道内加减速条件下流态转捩特性研究

针对恒压差变化率下矩形通道内的流态转捩特性进行理论和实验研究。通过理论研究,得到恒压差变化率下的层流速度分布。以层流速度分布为基础,应用能量梯度法,对加速和减速情况下的转捩雷诺数(Re)进行计算,并分析影响转捩Re的因素。分析结果表明:加速过程中转捩Re低于稳态情况下的转捩Re和减速过程中的转捩Re高于稳态情况下的转捩Re;初始稳态压差越接近稳态转捩时的压差,转捩Re偏离稳态转捩Re就越小;压差变化率对转捩Re几乎没有影响。通过加减速实验研究得到的转捩Re变化规律和理论结果基本一致,但在压差变化率影响方面存在差异。     

横摇工况下PCHE翼型肋通道内流动换热性能研究

研究了带有翼型肋的印刷电路板式换热器（PCHE）在横摇条件下,操作压力和横摇参数对超临界液化天然气（LNG）的流动换热性能的影响。结果表明：PCHE在较低压力条件下具有较好的换热性能,但流动性能较差。瞬时努塞尔数和瞬时达西摩擦阻力系数随时间成准正弦关系,其周期与横摇周期相同。与稳态条件相比,横摇条件下具有更大的时间平均努塞尔数和达西摩擦阻力系数,并且换热性能和流动性能随着横摇幅度和横摇频率的增加而增加。此外,相比于横摇频率,横摇幅度对性能的影响更大。     

连续螺旋折流板换热器动态特性研究

建立了可进行壳管式换热器动态特性试验研究系统,通过试验研究的方法对水-油为换热工质的连续螺旋折流板换热器动态特性进行了试验研究,进口流量扰动为等百分比流量特性,研究了四种流量扰动方式下水和油出口温度的动态响应。同时研究了在一定R e下,不同的流体扰动量对换热器进出口温升的影响,得到了换热器进出口温升与流体扰动量之间的关联式。实验表明,较于气体而言,液-液换热系统温度的动态响应时间比较长,研究发现在正负的流量扰动下,螺旋折流板换热器进出口温度变化呈现线性变化,进出口温升在正负流量扰动下其变化曲线具有对称特征。     

纵向涡发生器作用下矩形通道内流动换热性能研究

对渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱共同作用下矩形通道内的流动换热性能进行了研究,与渐缩式纵向涡发生器、渐扩式纵向涡发生器和光通道的流动换热性能进行了对比,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析。结果表明：纵向涡发生器可增强换热,有利于降低加热板的表面温度,从而提高反应堆堆芯的CHF值。采用JF因子对各矩形通道的综合流动换热性能进行了比较,结果表明,渐缩式纵向涡发生器与椭圆支柱组合结构能以较小的阻力代价得到较大的换热效果,是一种理想的强化换热方式。     

气液喷射器性能研究及结构优化

气液喷射器的工作性能，主要在于其混合室与喷嘴出口截面比以及喷射器进出口压降的影响。为考虑结构尺寸和进出口压降对喷射器性能的影响，对气液喷射器中两流体的混合状态进行了仿真计算，对两相流体在混合环境中的压强、流速等分布图的性质开展了具体的研究，并针对不同的气液流量比、混合室长度、混合室直径的喷射器结构的特性开展了比较，得到其工作效率和压降都随气液比、混合室长度以及直径增加而升高。但在效率升高同时，压降也随之上升，导致混合管内壁流效应和流体间的摩擦阻力均增大，使其工作效率大大降低。最后利用多目标优化设计，在保持喷射器高效率同时降低其压降，得到了三组混合室直径以及长度的最佳值，与初始结构对比，使其效率平均提高了24.25%,压降平均降低了88.43%。