涡流管能量分离过程的热力学模型

根据工程热力学理论对涡流管工作过程进行了热力学分析,在h—s图上定性地表示出热力过程,获得了过程中相关参数的计算公式。通过对管内能量分离过程热力学分析,借助J．Mischner的热力学熵增理论,获得了涡流管内能量分离效应与冷气流率的函数关系式,建立了完整的涡流管能量分离过程的热力学模型。     

涡流管设计及应用进展综述

涡流管作为一种简易的制冷装置被广泛应用,但压缩气体在其内部产生能量分离效果的作用机理十分复杂,故至今仍没有通用的能量分离机理可以为涡流管的设计与应用提供理论指导。为了给涡流管的设计与应用工作提供参考,对本体结构及工质参数对涡流管能量分离性能影响的研究进展做了较为详尽的论述,并对涡流管在制冷领域和天然气工业领域的应用现状进行了概述。另外,还对涡流管下一步的设计及研究工作进行了展望,并就一些优化问题提出了合理的解决方案。     

涡流管能量分离过程实验研究

利用涡流管部分轴线温度测量实验装置,考虑到进气压力和涡流室结构对涡流管能量分离过程的影响,针对不同进气压力和不同涡流室结构的涡流管部分轴线温度分布进行了实验研究。根据实测结果,得到了进气压力及涡流室几何结构对涡流管部分轴线温度分布的影响曲线。在此基础上,根据实验结果并结合热力学原理对涡流管制冷的物理行为作了分析。结果表明:涡流导致涡流室中心区域气流膨胀是涡流管产生制冷效应的一个重要原因。     

新型涡流管的制冷特性研究

以新型涡流管为研究主体,通过实验,研究涡流管操作参数对涡流管性能的影响。根据实验数据,分析改变温度压力等操作参数对涡流管能量分离效应的影响。试验结果表明:当提高涡流管进气温度,其冷热两端出气温度升高,但并不影响涡流管的制冷效率;增加涡流管进气压力会提高涡流管制冷效应,并在冷流率为0.2时效果最明显;制冷效率随节流阀开度增加而增加且最终趋于稳定,而制热效率则随节流阀开度增加而减小并最终趋于稳定。     

基于正交试验方法的涡流管优化设计

为了寻求涡流管最大能量分离效果的最优化几何尺寸参数,该文探讨了喷嘴数目、分离孔板直径、涡流管长度、热端调节阀角度对涡流管最大制冷效应的影响,并采用极差分析法分析了试验结果。得出:喷嘴数目对涡流管能量分离影响程度最大,而调节阀锥度的影响程度最小,涡流管长度和分离孔板直径对其影响程度处在两者之间。该文利用正交试验法设计涡流管实验,为涡流管的研究提供了一个新的思路。     

三流道喷嘴涡流管能量分离特性的研究

涡流管是一种可以产生冷热分离效应的结构简单的装置,尽管其在结构和操作上非常简单,但管内发生的能量交换过程却极其复杂。以压缩空气作为涡流管的工作介质,对涡流管能量分离特性进行了实验研究,获得了涡流管制热效应、制冷效应与进气压力以及冷流率之间的关系。研究结果表明:在冷流率 μ_c<85％时,喷嘴进口压力愈高,三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈好,制热效应也愈好;冷流率愈高,三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈差,但三流道喷嘴涡流管的制热效应愈好。     

冷端孔径及进口压力对涡流管性能影响的实验研究

设计了涡流管实验样机,在不同进口压力和冷流比工况下,实验测量了三种冷端孔径的涡流管性能,并分析了冷端孔径、喷嘴环端面间隙及进口压力对涡流管性能的影响。实验结果表明,冷端孔径为5mm的涡流管降温及制冷性能最佳,最佳冷端孔径与涡流管径之比为0.5。在进口压力为0.4MPa工况下,其冷端最大温降分别比冷端孔径为4mm和6mm的涡流管大6.1℃和2.9℃,最大制冷量分别大30.2%和5.4%;在所有进口压力工况下,对应于最大冷端温降的最佳冷流比约为0.5,而对应于最大制冷量的最佳冷流比约为0.65。在进口压力为0.3~0.5MPa范围内,涡流管冷端温降和制冷量均随着进口压力的升高而增大,且进口压力越高,冷端温降的增长速度越慢;制冷性能系数COP随着进口压力的升高而降低,而等熵温度效率则几乎不随进口压力改变而变化,仅是冷流比的函数。同时,实验发现,喷嘴环端面间隙对涡流管能量分离效应影响很大,设计制造过程中必须消除其影响。     

基于双效自由活塞斯特林的变温泵热技术研究

热泵对于缓解我国北方冬季所面临的供暖压力,具有十分积极的作用。本文主要针对一种新型的双效自由活塞斯特林变温热泵技术展开研究。主要采用SAGE程序对整机系统进行了数值计算,探究变温泵热对于系统加热量、泵热量、制热系数、整机(火用)效率以及各关键部件(火用)损失等热力学参数的影响。计算结果表明,采用变温热泵模式时,由于斯特林热泵侧温差减小,其泵热量增加,因此系统总的泵热量以及制热系数增大,但对应的(火用)效率降低。因此,可以在满足热量匹配的情况下,适当降低热泵侧室温换热器温度对热负载流体进行逐级加热,从而提高双效自由活塞斯特林热泵系统的工作效率。     

内可逆回热式燃气轮机热电联产装置的(火用)经济性能优化

应用有限时间热力学方法,研究了恒温热源条件下内可逆回热式燃气轮机热电联产装置的(火用)经济性能,导出了利润率及(火用)效率的解析式.利用数值计算方法,以利润率为目标,对热导率的分配和压比的选取进行了优化,研究了最优利润率及相应(火用)效率特性,并分析了各种联产设计参数对联产优化性能的影响.改进了以往文献中热量(火用)的计算方法,发现了存在最佳的用户侧温度.     

一种基于分析的火电机组热力系统性能劣化诊断方法

及时检测和跟踪热力设备和系统的热经济性能劣化趋势,准确开展设备健康与能效状态预警对火电机组节能诊断和运行优化具有重要意义。本文基于分析方法研究了热力设备性能劣化产生机理和影响因素,建立了热力设备和系统的热经济性劣化模型;分析了不同工况和边界条件下,设备固有损失和附加损失的影响因素和相互作用机制;以某660 MW超临界空冷机组为案例,开展了性能劣化模型验证和系统热经济性诊断。结果表明,根据固有损失、附加损失和内部参数的变化,可有效检测和诊断设备、过程和系统的热经济性能劣化状态,为热力系统运行优化、故障预警与状态维修提供理论依据。     

多元混合工质内复叠节流结合涡流管复合循环的热力分析

针对多元混合工质内复叠节流循环和涡流管的特点 ,提出了一种新的复合循环流程 ,以期达到液氮以下的制冷温度。建立了适当的涡流管热力学模型 ,采用火用分析方法对复合制冷循环各部件进行了分析。在相同的条件下 ,对复合循环和内复叠循环的热力特性进行对比 ,结果表明 ,采用复合循环可以提高整个循环的火用效率 ,完全可能达到液氮以下的制冷温度     

Evolution of a vortex in gas-discharge plasma with allowance for gas compressibility

The dynamics of a vortex tube in a compressible medium with the Rayleigh energy release mechanism has been considered theoretically. The analytic theory of this phenomenon is constructed and various approximations have been considered. The range of applicability conditions for the vortex formation theory has been extended substantially. It has been shown based on the model of a plasma as a Rayleigh medium that, for a certain relative orientation of the vortex axis and the electric field vector at an air pressure of tens of Torr, a vortex tube in the glow discharge plasma is destroyed over time intervals on the order of hundredths of a second. It has been found that allowance for the compressibility leads to an increase in the rate of vortex destruction. For this medium, the time dependences of the tangential velocity in a vortex tube have been calculated for various initial parameters. The similarity rules for the given phenomena and the universal dependence of the vortex tube dynamics have been obtained.     

太阳能高温电解水蒸气制氢系统热力学分析

本文对太阳能高温电解水蒸气制氢系统进行了设计.该系统以太阳能为唯一的一次能源,采用太阳能分频技术,提供高温电解水蒸气制氢所需的电能和热能.此外,利用余热回收器回收电解产物的余热.热力学分析表明:(1)系统制氢效率可达34.8%;(2)太阳能聚光-分频热电联产装置是系统能量和(火用)损失最大的环节.提高电解温度和降低操作电压可减小电解环节的(火用)损失.     

低温太阳热能与化学链燃烧相结合控制CO2分离动力系统

本文探索并提出控制CO2分离的低温太阳热能与清洁合成燃料甲醇-三氧化二铁化学链燃烧相结合的新颖能源动力系统。基于图象(?)分析方法,明确地指出甲醇化学链燃烧能量释放过程燃烧堋损失减小和低温太阳热能品位提升的机理。从能源有效利用和环境相容出发,研究和揭示化学链燃烧与太阳能有机整合共同减小CO2分离能耗的特性规律。相比不分离常规联合循环,新系统(?)效率提高约6．2个百分点;与分离CO2的联合循环相比,新系统媚效率提高约14．2个百分点。同时,低温太阳热能热转功效率可达到22．5％。     

界面常质量流湍流（火用）传递

导出了常温下充分发展湍流传递方程组,依此研究了界面常质量流管内湍流传递,研究了由于粘性耗散、径向和轴向传质不可逆性引起的损率随流体性质、边界条件及空间位置的变化规律,分析了不同地点由于不同过程产生损失的机理.对单位长度的总损率计算表明,对给定的流体单位长度总损率是传质单元几何参数、边界条件和雷诺数的多元函数,通过损率最小化可设计和优化传质单元.     

三种膨胀装置不可逆损失的比较

本文利用熵法对涡流管、透平膨胀机及节流阀三种装置进行了研究.通过理论分析说明了在相同的工况下,节流阀的(火用)损失最大,涡流管次之,透平膨胀机最接近等熵膨胀.随着入口温度的升高,涡流管的(火用)效率明显的增大,而其它两个变化不大.研究结果对于膨胀制冷机的研究开发具有一定的指导意义.     

新型焦电联产系统集成与特性分析

本文针对传统焦炭生产工艺的不足、并应用联产系统整合思路,研究提出新型焦炭动力联产系统.新系统取消了传统炼焦工艺中直接燃用焦炉煤气为炭化室提供炼焦热量的方式,采用外置煤炭燃烧室提供热量,从而实现用低品质煤炭替代高品质焦炉煤气;节省下来的富氢、高热值的焦炉煤气作为燃料提供给联合循环,实现高效洁净发电;改进炼焦过程烟气废热回收方式,使得排烟损失大大降低.分析结果表明,新系统具有优良的热力性能,相对节能率高达15%左右.对系统关键过程的图像(火用)分析分析表明,燃烧过程和换热过程等变革与改进是系统性能提升的关键所在.本文研究将为冶金生产的可持续发展提供新思路与新系统方案.     

Theoretical analysis on the exergy destruction mechanisms and reduction under LTC relevant conditions

Low temperature combustion (LTC) is a potential thermodynamic pathway to maximize the thermal efficiency of internal combustion (IC) engines. However, high exergy loss is also observed within this combustion concept. The present study focuses on the homogeneous combustion process and examines the detailed exergy destruction mechanisms under representative LTC engine conditions. By varying both equivalence ratios (φ) and temperatures (T) at initial pressure of 50?bar, it is found that the decreased total exergy destruction fraction (f_ED) with increasing initial temperature mainly results from the decreased exergy destruction in the high temperature heat release stage, while using rich mixture can significantly reduce the f_ED in the ignition delay stage, which is dominated by the reactions involving large molecules (C7 species). Reaction pathway analysis reveals that the detailed exergy destruction sources are significantly affected by the reaction pathways. Furthermore, a qualitative exergy loss φ-T map was created to illustrate the exergy loss reduction potential. It is concluded that the combustion pathway that reforming the rich fuel/air mixtures before ignition followed by the low temperature combustion of lean reforming products offers the potential to simultaneously reduce exergy destruction and avoid soot and NOx formation. However, the potential advantages of this exergy reduction combustion concept still require further work.