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。     

微型燃气轮机用CW原表面回热器蠕变分析

高效紧凑式微型燃气轮机用原表面回热器,长期处于高温高压工作环境,换热片材料会随着工作时间延长而发生不可恢复的塑性变形(即蠕变).发生蠕变后,气流通道变形严重,气流流通不畅,甚至会造成换热片破裂,导致回热器报废.本文应用隐式蠕变Norton方程分析了CW(Cross Wavy)原表面回热器在工作条件下运行40000h后的蠕变情况,验证了换热器材料的可靠性,发现空气和燃气通道的压差是产生蠕变的主要原因,并提出了合理的压差范围和有效预防蠕变的通道结构型式,通过对不同材料蠕变情况的对比,建议回热器应选用含有抗蠕变金属Nb的不锈钢材料制造.     

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。     

回热器对R404A制冷系统性能影响的实验研究

进行了回热器对R404A制冷剂性能影响的实验研究,得出了有无回热器工况下运行时机组的性能参数,并对它们进行了比较和分析。得到的结论是:回热器对R404A制冷系统性能在低温工况下是有利的;回热器虽然会使制冷系统的制冷量和COP增加,但都会引起压缩机排气温度升高,某些工况最高排气温度达到了162.8℃,会影响压缩机的正常运行。     

惯性项对回热器交变流动阻力特性影响分析

基于流体动量方程从机理上分析了交变流动和稳定流动存在差别的根本原因。以动态参数测量为基础,在运行频率30～60 Hz,最大热端压比1.3,充气压力1.0～3.0 MPa,等温条件下,首次定量化研究了惯性项对小管径(φ8 mm)、高目数丝网(300～500目)填充回热器交变流动阻力特性的影响。综合频率和压比对交变流动回热器阻力特性的影响,可以得出结论:在本实验条件下,回热器交变流动系统中的惯性力与压力相比始终是个小量,从流动角度来说,可以对回热器中气体交变流动作准稳态处理。     

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.     

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。     

紧凑式回热器传热及流动特性

本文以高紧凑度的锯齿形板翅式回热器为研究对象,建立导热-对流耦合传热问题的三维数学模型,并采用整体求解法在Re=200-2000的范围内进行数值离散和求解,得出速度场和温度场的分布,分析入口段以及交错翅片处强化传热的机理．     

结霜工况下翅片管气化器表面气流换热特性试验研究

为深入掌握气化器翅片管表面结霜过程中翅片管表面气流换热特性,以液氮为介质进行了翅片管表面结霜试验,分析了翅片表面结霜特性及气流温度、相对湿度沿翅片管轴向变化规律。结果表明:翅片管表面结霜最先出现在入口处的翅尖位置,沿翅片管径向越靠近翅根结霜现象越晚出现。结霜初期,翅片管(0mm—300mm)表面换热程度由强逐渐减弱,翅片管(600mm—900mm)表面换热程度由弱变强,随后逐渐减弱;结霜后期,整个翅片管表面换热程度呈稳定状态。可见,在设计气化器第一根翅片管时,应考虑适当增加翅片高度以延缓基管表面霜层的出现,提高气化器换热效率。这为进一步探寻合理有效抑制翅片管表面结霜方法提供了一定的理论基础。     

内螺旋肋管流动与传热特性的实验研究

对六种内螺旋肋管进行了流动与传热的实验研究,实验管内径为16．25-16．69 mm,内螺旋肋高为0．28-0．44 mm,螺旋肋牙数为40-45,螺旋角为43°-45°．研究表明,内螺旋肋管可以有效地强化传热,本文所研究的管型的传热强化倍率为1．67-2．99．比较了两种评价内螺旋肋管性能的方法．用Webb模型及Ravigururajan模型对内螺旋肋管进行了性能预测并与实验值进行了比较．两个模型的预测值与本试验结果有较大偏差,相对而言,传热模型稍优．     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE HEAT TRANSFER OF TURBULENT FLOW IN A PIPE OSCILLATING AT LOW FREQUENCIES

An experimental study was performed focusing on heat transfer and friction coefficient associated with turbulent oscillating tube flow. For this goal an oscillating mechanism was designed. Experiments were conducted for the low oscillating frequency in the range of 0.008–1.988 Hz and dimensionless amplitude was chosen as X₀ = 0.3, 0.6, and 0.9. Reynolds number was changed from 0.5 × 10⁴ to 2.5 × 10⁴. The bulk temperature of the fluid at the exit of the oscillating section was fond to be increasing with oscillating frequency and amplitude. For the oscillating cases, heat transfer enhancement is obtained 52% for f = 1.988 s^?1, 40% for f = 1.320 s^?1, and 28% for f = 0.008 s^?1, in comparison with the smooth pipe at the highest Reynolds number. The results also showed that Nusselt number and friction coefficient also increased with increasing frequency and amplitude.     

波纹管管内层流流动和换热规律的实验研究及数值模拟

波纹管是近几年来被广泛采用的一种强化换热元件,对其管内的流动和换热规律进行研究具有十分重要的意义。本文通过实验和数值模拟的方法,对三种不同尺寸(φ=19 mm、25 mm、32 mm)的波纹管层流流动和换热进行了研究,发现存在一个临界的Re数,当Re数小于临界值时波纹管的换热性能不及对应的光管,随着Re数的增加,波纹管换热性能逐渐改善。     

锯齿形通道内流动与换热的数值分析

本文采用非稳态数学模型对锯齿形通道的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。计算结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100时温度场和流场随时间不断变化,同时Nu数也随时间发生周期性振荡,并且随着Re的增大这种变化越明显;Re≥250时通道内开始产生旋涡,换热不断增强。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中相近问题的试验关联式基本吻合。     

微肋管及强化微肋管换热和阻力实验研究

实验研究了微肋管在过渡区及湍流区的换热及阻力性能,并针对微肋管在过渡区的换热强化较差的特点改进其结构.实验结果表明,改进后的微肋管在2300＜Re＜10000时比原微肋管强化换热提高120%,阻力增加70%～120%.     

脉动热管的工质流动和传热特性实验研究

建立了半可视化环路型脉动热管的实验台并进行了实验。结果表明,加热功率较小时管内工质的流型是间歇振动,加热功率较大时管内工质的流型是单向脉动流动。随着蒸发器加热功率的增大,热阻减小。随着脉动热管倾角的增加,热阻是先降后增,60°的实验台倾角会使热阻达到最小。蒸发器的加热位置改变后的影响效果并不显著。不凝性气体的含量对蒸发器和冷凝器运行的温度水平和热阻的影响较大。有些结果是首次发现,对改进脉动热管的物理模型有重要参考价值。