PSR波纹板片的热强度分析

提出一种新型紧凑式回热器——一次表面回热器(PSR)的强度设计技术。结合船用ICR燃气轮机一次表面回热器研发，以3．7MW燃气轮机为背景，根据热弹性力学和传热学理论，建立PSR板片热强度分析物理数学模型，并对波纹曲线为椭圆、正弦波和抛物线的3种常见波纹传热板片所受热应力做了对比计算，分析了板片厚度，两侧压差，本身温度及形状对板片热强度的影响。给出基于Von Mise等效应力极值σrmax的板片最小设计厚度δmin，还研究了波纹板片在典型工况下的弹性变形情况。本文工作对PSR的结构设计有重要参考价值：     

一次表面回热器动态特性的数值模拟与实验研究

对一次表面回热器(Primary Surface Recuperator,PSR)流量阶跃变化时的动态特性进行了数值分析和实验研究.根据能量守恒原理和一次表面回热器(PSR)的结构特点,导出回热器冷热流体和固体间壁非稳态温度变化的微分方程式,研究流体流量发生阶跃变化时PSR的响应时间.在冷热空气进口参数和换热量相同的条件下,当冷热侧流量分别增加为原来3倍的情况下,PSR的响应时间只有管壳式换热器的1/8,板翅式的1/3.数值分析结果与实验结果相符.由于PSR的固体壁面时间常数远小于板翅式和管壳式回热器,因此这种轻重量结构的先进回热器响应特性明显优于常规回热器.     

通道形面对PSR性能影响的分析

针对一种新型的紧凑式换热器－－一次表面换热器（PSR），分析了分别由椭圆、正弦曲线和抛物线构成板片波纹对芯体性能的影响。结合一台用于燃气轮机回热器的一次表面换热器样机的设计，给出了三种板片波纹形式的PSR芯体的主要性能，并通过与相应的板翅式芯体的对比，表明这种换热器的优越性。     

一次表面回热器的流动和传热研究

对一次表面回热器的流动和传热特性进行了试验研究和理论评价，获得了有工程价值的k-u和f-u试验曲线以及经验计算公式。指出对于当量直径为lmm左右的一次表面回热器不宜采用工业级通道而应使用微小通道的准则式，才能较为准确地评估其热性能。对比分析一次表面回热器的明显优点：质量轻，紧凑性好，传热效率高，占地面积和占用空间小以及热响应快，具有管壳式、板翅式等传统换热器无法比拟的性能和价格优势。图7表2参7     

一次表面回热器通道流动阻力与传热增强因子的确定

基于一次表面回热器(PSR)通道的独特构型,提出可以引入增强因子fξ和fk的概念来直观描述PSR通道的复杂流动和传热特点.对典型50 kW微型燃机20:1 PSR缩比实验件的流动和传热特性进行了测定.根据这种先进热交换器固有的结构和流动特点--冷、热通道的湿边周长lc=lh,冷、热通道的质量流量Gc≈Gh以及流动Reh≈Rec,获得层流下PSR的fξ和fk随流动Re变化的经验计算式.联立增强因子fξ和fk以及已有的小当量直径de≈1 mm通道层流阻力和换热关系式,可以方便地计算PSR的流动和对流换热规律,进而获得PSR的传热系数k,最后快捷完成新型间壁式PSR的热设计分析工作.     

一次表面回热器进气结构对物流分配性能的影响

不合理的进气结构造成一次表面回热器(PSR)内部物流分配不均匀,影响同热器内部流体的流动和传热效果.本文提出了具有导流片的进气结构,并在尽可能地保证出口截面速度均匀分布的前提上,开展了不同进气结构对回热器芯体入口物流分配影响的研究.结果表明,在所研究的雷诺数范围内,改进后的进气结构中各通道出口截面速度的最大波动只有14...     

一次表面回热器全程通道流动和传热分析

由于一次表面回热器全程通道流动与换热的复杂性,很难利用数值分析的方法确定传热系数,也给回热器的设计计算带来很大的困难。本文通过分析对比0°、60°和120°一次表面回热器换热单元的传热流动特性,提出了针对单元体与全程通道回热器之间换热流动关系的修正系数。并基于0°全程通道数值模拟结果,采用该修正系数完成了60°、120°全程通道回热器流动换热特性。     

一次表面回热器瞬态响应特性的数值分析

基于能量守恒原理,根据一次表面回热器(PSR)的结构、流动特点,导出它的瞬态温度变化物理模型和数学方程式。研究温度和流量发生阶跃变化时PSR的响应特性,还分析了PSR波纹板片的数目n、波纹板片的长度L、宽度W和厚度等各几何参数以及波纹通道的形状对温度响应时间的影响。比较研究表明,由于PSR的固体壁面时间常数远小于板翅式和管壳式换热器。因此,这种轻重结构的换热器响应特性明显优于常规热交换器,非常适用于那些要求机动多变、灵敏反应的舰船燃气轮机或车用内燃机等动力装置。图9表3参12     

一次表面整体回热器传热和流动性能数值研究新方法

本文建立了一种带壁厚多层全通道新模型,用于流动交错角θ为0°和60°的一次表面回热器(PSR),在相同传热量的情况下进行传热和流动的数值分析和比较。结果发现在保持相同壁面温度条件下,流动交错角为60°和0°模型沿程的压降△P,阻力系数f,以及对流换热系数h的相应比值基本保持不变。以此比值作为修正系数,在θ=0°全通道经验计算结果的基础上,对交错角为60°的PSR进行整体的传热和流动性能预测分析。     

微型燃气轮机回热器

回热器是能源岛系统中微型燃气轮机的一个主要部件。根据回热器的运行特点及具体设计要求，介绍了国内外在回热器传热表面结构、回热器结构和材料等方面的研究状况，并指出回热器的研究趋势、研究方法和手段。图13表2参13     

Steady-State and Transient Investigation of the Primary Surface Recuperator for Microturbines

The aim of this work is to study numerically and experimentally the thermal performance of the primary surface recuperator (PSR) operating under steady and transient conditions. Numerical simulations are carried out to investigate the heat transfer characteristics in the corrugated passages of the primary surface recuperator. The effects of velocity, intersection angle, and pitch-to-height ratio are considered. Numerical simulation of the transient behavior of the PSR is performed as its mass flow rate or hot inlet temperature is subject to a sudden change, which is based on the conservation theorem of energy and its structural characteristics. One prototype of a PSR for experimental purposes has been designed and manufactured, and is used in an experimental setup to carry out the experimental studies. The comparative results show that the low-weight PSR has much more advantages in transient response because its time constant of the solid wall is much less than that of a shell-and-tube recuperator or plate-fin recuperator. The PSR is quite fit for application to the marine or vehicle gas turbine engine that works under changeable conditions.     

System performance of a combined heat and mass recovery adsorption cooling cycle: A parametric study

Based on the previous work of the authors [K.C. Leong, Y. Liu, Numerical study of a combined heat and mass recovery adsorption cooling cycle, Int. J. Heat Mass Transfer 47 (2004) 4761–4770], a numerical study of the effects of system design and operation parameters on the performance of a combined heat and mass recovery adsorption cycle is presented in this paper. The effects of bed dimensions, bed thermal conductivity, heat exchange fluid velocity, driven temperature and the degree of the heat recovery on the system performance are investigated. It is found that an increase in the driven temperature results in the increase of both the coefficient of performance (COP) and specific cooling power (SCP) of the adsorption cycle. On the other hand, the system performance can be severely deteriorated for velocities of the heat exchange fluid smaller than a critical value. An increase in the bed thickness will result in an increase in COP and a decrease in the SCP. The results of our simulations will provide useful guidelines for the design of this type of advanced adsorption cooling cycle.     

Thermal performance analysis of small-sized solar parabolic trough collector using secondary reflectors

ABSTRACT

In this paper, theoretical analysis of receiver tube misalignment, the design of secondary reflector and experimental analysis of a small-sized solar parabolic trough collector (PTC) with and without secondary reflectors are represented. Experimental analysis of PTC has been done using a parabolic secondary reflector (PSR) and triangular secondary reflector (TSR) and compared with PTC without secondary reflector (WSR). The maximum outlet temperature of heat transfer fluid is observed as 49.2°C, 47.3°C and 44.2°C in the case of PSR, TSR and WSR conditions, respectively. The maximum thermal efficiency of 24.3%, 22.5% and 17.8% is observed in the case of PSR, TSR and WSR conditions, respectively. The circumferential temperature difference on the outer surface of the receiver tube is obtained more uniform in the case of PSR and TSR than WSR condition. This indicates that the use of a secondary reflector can improve the performance of a solar PTC system.     

分离式液--气热管换热器的设计与应用

文中介绍一种利用工艺中液体冷却放出热量来加热气体的分离式热管换热器.对液--气换热进行了热力分析与强度、结构的设计计算,以及系统的水动力循环分析.同时给出了实际应用实例,充分说明这种联合换热形式的换热器是合理、可靠的.     

基于Aspen plus的船用双燃料发动机LNG气化流程仿真研究

采用Aspen plus软件建立了LNG气化装置的仿真模型。以ME-GI型主机的实际数据为输入,通过调用相关的热力学方法和设备模块,对气化器(VAP)中水乙二醇的进口温度、出口温度,以及LNG进口压力、LNG中甲烷浓度等参数进行模拟计算,得到上述参数对LNG气化流程出口温度、VAP换热面积及换热量的影响规律。可为VAP的节能选型提供依据;为船用双燃料发动机LNG气化流程的优化设计提供理论依据。     

循环流化床中颗粒内循环与循环流化床锅炉的设计

本文从循环床锅炉密相区的热平衡计算出发，探讨了密相区内受热面面积及密相区高度与飞灰循环倍率、密相区燃烧份额的关系，并以４种典型煤种为例，分析了煤种变化对密相区高度的影响。设计计算和运行经验相结合，在密相区热平衡分析中，引入了床内粒子循环的概念，从而对密相区内热平衡和受热面面积的确定有更深入的理解。     

燃油热水锅炉的改进设计与分析

传统的壳管式热水锅炉体积大，结构复杂，热应力集中，产品成本高，安装、售后及现场维修困难。为克服传统热水锅炉的缺点，改进设计燃油热水锅炉的结构为组环式。测试发热量为350kW成品炉的主要热工参数，进行热力分析及动力分析。表明了组环式热水锅炉独特的换热结构可减小其热应力，增强炉内的对流换热程度。炉膛辐射换热空间和辐射换热面较大，换热性能显著。在总换热量恒定时，相比于壳管式热水锅炉，组环式锅炉的体积小，换热面积少，金属耗用量减少，性能价格比增强。