微型燃气轮机CW原表面回热器流动与换热的试验研究

本文试验研究了交错波纹(Cross Wavy,简称CW)原表面回热器在低雷诺数范围内的流动与传热性能,通过对燃气进、出口不同测点温度测量,研究了燃气不均匀性对换热性能的影响,采用等流量法从总传热系数k中分离出两侧表面传热系数h,获得了有工程应用价值的Nu-Re及f-Re准则关系式。     

原表面回热器换热阻力特性试验研究

本文对研制加工的适用于 100 kW 微型燃气轮机的 CW(Cross Wavy) 原表面回热器进行了试验研究,通过对两侧流体进、出口温度、压力等的测量,重点分析了燃气流量、入口温度及空气进口压力变化对换热阻力的影响,得出了在变工况下回热器的流动与换热性能规律,结果表明:所研制的 CW 原表面回热器空、燃气两侧换热均匀,提高了换热效率,两侧压降都有不同程度降低,并得出了有工程应用价值的 Nu-Re 及 f-RE 准则关系式,可为原表面回热器的设计制造提供参考.     

微型燃气轮机回热器换热表面的对比研究

采用高效紧凑式换热器是近年来微型燃气轮机发展取得成功的关键技术之一。本文在燃机参数给定情况下,通 过对三种换热表面进行热力计算和分析,结果表明,CC原表面在紧凑式换热器中具有较强的应用潜力。此外,还就温差 对压损的影响及燃气旁通量对回热度的影响进行了研究。     

CW原表面回热器的芯体内流动与传热数值模拟

为了进一步优化微型燃气轮机中回热器的结构,本文对小燃气轮机CW原表面回热器的芯体结构内的流动与传热规律进行了三维数值模拟。结果表明,当回热器的空气总流量和燃气总流量一定时,回热器芯体内的压损和回热度随着波纹板层数的增多而降低;增大燃气进口面积与空气进口面积比可使回热度增加,空气侧压损增加,燃气侧压损减小。模拟结果为CW原表面回热器的进一步优化设计提供了参考依据。     

水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热系数

本文在均质表面的单个球缺形液滴换热模型和液滴通用尺度分布规律的基础上,结合梯度表面能材料表面的液滴分布和凝结换热特性,得到了一维水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式。在此基础上,研究了壁面过冷度、接触角梯度、工质物性等参数对梯度表面能材料表面滴状凝结换热性能的影响。结果表明:随着过冷度的增加和凝结工质汽化潜热的增大和表面张力的减小和接触角梯度的增大,平均表面凝结换热系数会增大。     

CC型原表面回热器传热与流动数值模拟

对CC型原表面回热器的主换热面附近流场和温度场进行了三维数值模拟。结果表明,传热的强化程度与流动阻力的大小取决于螺旋型二次流动的强弱,影响机理是螺旋型二次流动强烈影响流体的混合和边界层的发展。针对低雷诺数范围流动,通过比较不同结构尺度和换热面布置时传热和流动特性,对换热表面进行了设计优选。     

微型燃气轮机动态模拟与分析

在建立压气机、燃烧室、透平、回热器、转轴转动惯性等单元部件动态模型的基础上,建立了恒转速简单和回热型微型燃气轮机的系统动态模型及其控制系统模型,对其冷启动、升降负荷和甩负荷动态过程进行了动态模拟,并对两者的动态性能进行了对比。结果表明,系统动态模型能够有效地对系统的各个典型动态过程进行模拟与分析,计算稳定可靠,可为微燃机控制系统设计与分析提供模型基础;控制系统设计合理,能够满足调节负荷和转速的要求,保证循环系统安全运行;回热器的热惯性和扰动幅度是影响微燃机系统响应的重要因素。     

影响回热器换热的各参数讨论

从线性热声理论出发,通过求解并简化交变流动换热系数,对规则流道的换热进行较为全面的讨论,得到平板以及圆管流道回热器换热系数的简化表达式.考虑固壁温度波动后,发现对于一定结构的回热器,换热系数是六个无量纲量的函数.特别针对低温情况下,讨论了影响换热的主要因素以及增强换热的方法.     

微管壳式换热器在能量转换循环中的应用

目前，超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环普遍采用印刷电路板换热器(PCHE)来保证其相对其他能量转换循环的紧凑性优势。PCHE芯体为整体结构，若内部出现泄漏或结垢等问题，很难进行维护与检修。本文提出了一种微管壳式换热器(MSTE)，其结构与传统管壳式换热器类似，但其管径缩小至微通道级。由于MSTE的流道横截面积占总截面积之比较PCHE大，在典型的回热器与冷却器设计工况下，相对PCHE而言，采用MSTE可将体积与质量均减小30%以上。灵敏性分析结果显示，采用本文设计的MSTE结构的回热器与冷却器，回热器冷热流道入口温度升高20℃左右，压缩机入口温度变化均不超过1℃，说明该种结构换热器的换热能力足够支撑能量转换循环的一般工况波动。     

热声回热器流动、传热新模型及其性能的实验表征

提出了可压缩流体交变流动下回热器的新模型,利用所得的热声热粘函数fk、fì的一般简化式,获得影响回热器特性的普遍关联式.根据回热器内流场与温度场分布相似的假设条件,通过简单的双传感器测量方法,得到回热器内的小Reù下的流动阻力对流换热系数.