自组织能力对多股流换热器运行和控制影响的研究

在考虑多场（如温度场，温差场和速度场等）相互作用和相互影响的基础上，对多股流换热器从一个稳态过渡到另一个稳态的自组织能力进行了分析。目标流体出口温度的响应时间和敏感性，在温度控制系统中是很重要的两个参数，因此本文分析了评估上述指标的多股流换热器自组织能力及其对控制和运行的影响。     

换热器动态过程中的定常输出

为了使换热器在动态过程中保持目标出口参数的恒定，从整体系统考虑建立了换热器动态过程的数学模型，采用I．aplace变换及其逆变换推导了换热器出口温度响应的分析解，并在一个或者多个进口参数阶跃变化的情况下，推导了两股流换热器和多股流换热器的调节方法．结果表明：在动态过程中，通过对换热器进口参数的调节可以精确地控制换热器出口参数，保证换热器的稳定和安全运行．     

利用寒冷空气自然冷量的翅片管式换热器设计与分析

为了充分利用我国西北地区冬季丰富的自然冷量,设计了能够利用冷空气对盐水降温的翅片管式换热器。对换热器进行了结构设计,采用计算流体动力学Fluent软件对换热器空气侧的温度场和速度场进行了模拟,分析了空气流量和盐水流量变化对传热性能的影响。结果表明:当环境温度变化时,换热器空气侧的温度场和速度场整体分布较为均匀;总传热系数随空气流量和盐水流量的增加而增大,但幅度越来越小;实际换热量随空气流量的增加先增大后减小,随盐水流量的增加逐渐增大,但幅度越来越小。     

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。     

多股流换热器的数学建模与精确数学控制

本文以平行流多股流换热器为研究对象,考虑了多股流换热器在换热过程中存在的多种影响因素,根据其复杂的传热机理建立了数学模型,并通过数值计算,获得了准确的结果.该模型的建立为多股流换热器的精确数学控制奠定了理论基础,同时为多股流换热器的性能分析,结构优化及运行优化提供了理论依据.     

基于场协同原理的容腔内气流场温度均匀化方法数值研究

为研究场协同原理对气流场温度均匀化的适用性,设计了一个温差可控并能形成具有梯度的气流速度场与温度场的加热器,然后在加热器整流区内布置3种特殊的整流网,利用Fluent进行三维数值模拟。结果表明,场协同原理对于提高气流场温度的均匀性是有效的,并依此原理提出了气流场温度均匀化的最佳方法。     

连续螺旋折流板管壳式换热器动态特性研究及预测

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管壳式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4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Re数下,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,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,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。分别建立了有限差分数值预测模型及人工神经网络模型对换热器油侧的出口温度进行了动态预测,预测结果与试验值符合良好,人工神经网络的预测结果要好于数值模拟预测,其偏差绝对值在1.3%以内,表明人工神经网络在进行复杂的系统辨识时具有一定的参考及应用价值。     

多股流换热器自动最优控制过程的模拟

为了模拟多股流换热器自动控制过程，应用特别适用于“多输入．多输出”系统的状态空间方法。该方法的调节依据是状态参数的反馈，状态参数不仅包括输出参数，还包括输出参数变化的速度和加速度及高阶导数等。利用实验所得的动态特性，导出了多股流换热器的状态方程和输出方程，并用动态规划方法对其自动最优控制过程进行了模拟。给出了一个四股流换热器自动最优控制过程模拟实例。结果表明：状态空间方法和动态规划方法可有效地应用于多股流换热器的最优反馈控制设计。图4表2参8     

火电机组快速变负荷的锅炉动态响应分析

针对锅炉内典型烟气-金属-蒸汽换热器的动态换热过程,采用单一变量控制法,分析受热面对质量流量阶跃的动态响应时间,并建立锅炉动态模型,在不同边界条件发生阶跃变化时,计算各受热面的动态响应特性。结果表明:动态响应时间随并联管长度及壁厚尺寸的增加而增加;随入口工质温度、热负荷以及质量流速的增加而缩短。在质量流量发生-10%阶跃扰动时,省煤器对扰动的响应速度最慢,响应时间约220 s;水冷壁低温段及水平低温再热器次之,高温受热面(如末级过热器、末级再热器等)响应速度最快,响应时间约10 s,为提高机组变负荷灵活性,缩短锅炉对负荷响应时间,可通过旁路部分响应速率慢的受热面来实现。     

1MW塔式太阳能电站换热网络的动态模拟

以1 MW塔式太阳能热电站蓄热系统的换热器网络为研究对象,通过理论分析,建立了管壳式换热器的动态数学模型,并验证了该模型及计算方法的合理性.在此基础上,采用模块化仿真方法分析了充、放热过程中受到入口温度、流量以及流量和温度同时扰动时,换热器A和C的动态特性.结果表明:换热器A和C都具有较大的热惯性,其动态响应时间分别约为30 min和20 min;在蒸汽进口温度的扰动下,换热器A和C导热油与蒸汽出口温度均无响应时滞;在导热油入口温度的扰动下,换热器C导热油出口温度存在响应时滞.     

热负荷阶跃变化条件下热回流式换热系统缺陷机理及优化方法研究

针对国内某北方核电厂的设备冷却水系统热回流式换热器,分析了不同热负荷下热回流式换热系统的稳态特性及负荷阶跃变化下热回流式换热系统缺陷机理,提出了热回流式换热器系统优化方法。研究表明:在不同热负荷下热回流式换热器系统切换的关键是与不同热负荷对应的具有特定温度的伴流的形成;热负荷阶跃变化下状态转换瞬态过程中存在系统缺陷,其根本原因在于单纯采取调节热回流率的方法,具有较大的时间滞后性;调节换热器冷介质侧的流体流量,改变换热器传热系数,强化了对状态改变的快速响应;采取热回流叠加换热器旁流方法,可以解决原有系统状态转换瞬态过程中存在的缺陷。     

结构参数对电厂翅片管散热器动态特性的影响

散热器经常处于变化的工作条件中,研究散热器的动态特性有助于改善间接空冷系统的安全和经济运行,而散热器的结构参数会影响其动态特性。根据能量守恒建立了散热器空气、管壁和循环水的热平衡偏微分方程,采用改进欧拉法对偏微分方程组进行求解。以迎面风速阶跃变化为典型工况,研究了换热面积、换热系数和工质体积对散热器动态特性的影响。结果如下:当空气侧换热面积增加时,散热器换热量增大,两个稳态之间的空气出口温度差值不变,循环水出口温度差值增加,空气侧响应时间增加,循环水侧响应时间不变。当循环水侧换热面积增加时,散热器换热量增大,两个稳态之间的空气和循环水出口温度差值不变,空气侧和循环水侧的响应时间也不变。换热系数变化时,散热器动态过程的变化规律与换热面积变化时类似。空气侧工质体积变化对散热器动态特性没有影响。循环水侧工质体积增大会使得动态响应时间变长。     

土壤源热泵U型埋管换热器传热的非稳态数值模拟

本文基于能量平衡方程,建立了土壤源热泵U型埋管换热器周围土壤的非稳态传热模型,用所建立的传热模型对土壤源热泵冬季取热过程进行了动态模拟.研究了不同物性土壤温度及U型埋管出口流体温度的变化规律,分析了土壤物性对换热器换热性能的影响,采用间歇运行方式提高了换热器换热能力.通过建立数学模型得出的结果,可供设计参考.     

Analytic model for transient heat exchanger response

The temperature transient response of a single-phase fluid and a wall in a heat exchanger is investigated for when the other constant temperature fluid is subjected to a step change in temperature or when the single-phase fluid is subjected to a step change in mass flow rate. The dynamic behavior of the heat exchanger is approximated by an integral method assuming that the single-phase fluid temperature distribution can be expressed by a combination of the initial and final temperature distributions and a determined time function. The results are validated by comparison against numerical simulations. Excellent agreement is obtained.     

Analytical and Numerical Study on the Uniformity of Temperature Difference Field in Heat Exchangers

Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　Ｈｅａｔ　ＥｘｃｈａｎｇｅｒｓＡｎａｌｙｔｉｃａｌａｎｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｔｕｄ...     

土壤源热泵地下垂直换热埋管周围非稳态温度场的数值模拟

针对土壤源热泵地下垂直U型换热埋管,建立了周围土壤的非稳态温度场的数学模型,并利用隐式有限差分法进行了数值模拟。通过对制冷和制热工况的模拟,得到土壤温度沿径向的变化规律、埋管出水温度的变化规律及埋管的热作用半径的变化规律。     

Numerical simulation on enhancement of natural convection heat transfer by acoustic cavitation in a square enclosure

Natural convection heat transfer of liquid in a square enclosure with and without acoustic cavitation is numerically investigated. In order to model the effect of sound field, a prescribed periodic change pressure is imposed on liquid in the region with ultrasonic beam. The cavitation model which takes into consideration such effects as phase change, bubble dynamics, and noncondensable gases is established. In order to capture the cavitation phenomenon and obtain a realistic pressure field and cavitation zones, the time step is set to quarter period of sound pressure and a relatively small relaxation factor for momentum equation and near zero relaxation factors for vaporization mass and density are used. The simulation results show that both liquid temperature uniformity and heat transfer coefficient of heating surface are greatly improved by means of acoustic cavitation. This phenomenon can be explained by jet-flow bundle formed by the asymmetry collapse of cavitation bubbles on the heating surface. The jet-flow bundle cannot only enhance fluid mixing around the heating surface and thus improve the uniformity of liquid temperature in the square enclosure, but also directly impact the heating surface and thus make thermal boundary layer become thin. The field synergy principle is introduced to analyze the heat transfer enhancement by acoustic cavitation.     

壳管式相变储能换热器性能研究与场协同效应分析

建立壳管式相变储能换热器仿真模型,利用Fluent软件对蓄能、释能工况分别进行模拟。从温度场、速度场、固液交界面3个方面分析逐时换热强度的变化原因;探讨在蓄热过程中热源管壁温、热管口径规格对传热效率的影响。研究结果表明:蓄热工况下管间热扰及自然对流作用明显,10000 s时液相分数达到95%。放热工况以导热为主,60000 s时相变材料仅凝固了75%。从场协同效应分析,采用小尺寸热源管能缩短时间,但单位面积换热强度有明显下降。换热温差≤20℃时,其强化效果开始衰弱。     

螺旋套管换热器传热特性研究

根据螺旋套管换热器的结构特点及传热特性,建立了水一水蒸气的流动与传热的三维几何模型.利用Fluem时不同工况下的螺旋套管进行了数值模拟,得出了湍流状态下螺旋套管内流体的温度场、速度场和压力场;利用搭建的螺旋套管换热器试验台,得出多种工况下的传热系数,为螺旋套管换热器的设计计算提供了依据.同时将试验结果和数值模拟结果进行...