燃气轮机空气冷却系统建模及计算分析

本文以某型燃气轮机透平叶片的空气冷却系统为研究对象。在分析叶片的内部冷却方式、结构及冷却空气流路构成的基础上,将空气冷却系统模化为由大量不同的通流单元以串连或分支方式组成的复杂网络系统。选用适当的经验关系式或试验关联式计算空气流经各通流单元的压力损失与换热量,建立了描述冷却空气流动与换热特性的流量方程组、压力方程组和温度方程组。采用逐步简化空气冷却系统的方式,求解空气冷却系统内流量的分配。采用以改进并修正的高斯消去法为基础的一种稳定的大型稀疏矩阵线性方程组解法来求解空气冷却系统内空气的压力与温度分布。可以计算得到各流路的压力、温度和流量的分布等参数。     

空气冷却燃气透平特性算法的研究

基于现代空气冷却燃气透平具有大冷却空气质量流量和跨音速的工作特点,对燃气透平的通流模型进行了改进,推导出适用于空气冷却燃气透平特性计算的通流模型,同时扩展了其适用范围.将通流模型和损失模型结合起来,利用所建立的性能计算公式,使用Matlab编程得到一套适用于变工况下空气冷却燃气透平特性的计算软件,并且通过多台燃气透平进行性能验证.结果表明:这套空气冷却燃气透平特性计算方法具有较高的精确性.     

汽轮机低压通流区鼓风态流场数值分析

为了研究低压缸进汽流量变化对某汽轮机低压通流区域流动鼓风特性的影响,建立了低压末级通流区域全5级流动分析数值计算模型,并应用SST湍流模型对三维RANS方程组进行了求解。数值计算结果表明:当低压缸进汽流量降低至8.9%THA进汽流量时,末级会出现较为明显的鼓风态流动现象。随着流量的减小,鼓风现象愈加明显。鼓风温度最高的区域位于末级静叶与动叶之间。研究成果可为低负荷工况下汽轮机设计及运行提供参考。     

重型燃气轮机通流部分热力特性计算与仿真研究

以某F级单轴重型燃气轮机通流部分热力特性为研究对象,通过模块化建模方法在MATLAB/Simulink平台中建立燃机系统仿真模型,对燃气轮机典型截面上压缩空气和高温燃气沿转子轴向的特性进行仿真研究。提出了一种结合表征压气机级特性的基元级算法和根据抽气点位置划分的压缩级建模方法的压气机仿真模型。由于燃机通流部分工质的温度变化较大,而且伴随着燃烧反应及燃气与冷却空气混流问题,为保证仿真精度,该模型采用变比热容公式计算空气和燃气的热力参数,并对工质组分质量分数进行详细计算,还考虑了容积惯性和转动惯性对整个系统模型的影响。结果表明,该仿真模型在实际应用中能够满足建模精度的要求。     

西门子H级重型燃气轮机冷却空气推测及建模

以西门子SGT5-8000H燃气轮机为研究对象,基于半经验公式和经验公式推测透平冷却空气量并建立 燃气轮机逐级计算模型,利用运行数据和参考文献对模型进行验证。应用模型分析得:总冷却空气量和第一级 静叶冷却空气量随负荷增加或环境温度升高而升高,总冷却空气占比稳定在20%左右,其中第一级静叶冷却空 气占比54%以上;燃气轮机在高负荷下效率增至38.6% ;在高负荷或低环境温度下,燃烧室部件可能过热。     

部分进气超临界二氧化碳透平非定常流动研究

超临界二氧化碳是微型动力循环中的重要工质,其较高的密度能够使透平机械结构紧凑。在部分进气工况下,可以通过增大向心透平叶高,在流量减小时减少其流动损失。基于1台部分进气度为0.3,功率为75kW级的超临界二氧化碳向心透平,在ANSYS-CFX中进行了详细的非定常流动特性分析。数值计算采用六面体网格、有限体积法及RNGk-ε湍流模型,在一个旋转周期内得到了不同时间步时整个流体域的流线、温度、压力以及单个叶片表面的压力分布,以说明部分进气工况的非定常流动特性,同时,计算了这一透平动叶受到的气流激振力并分析了其频率构成。研究成果能够为部分进气超临界二氧化碳透平的气动设计及强度分析提供依据。     

基于运行数据的IGCC电站燃气轮机性能分析

基于现场数据,对天津IGCC(整体煤气化联合循环)中燃气轮机建立数学模型,分析环境温度,燃料热值,透平出口温度等因素对燃气轮机性能的影响。结果表明:环境温度降低时,机组热效率迅速增大,透平进口燃气温度上升,第一级静叶表面温度迅速减小,透平冷却效果良好。压气机压比迅速减小,IGV(可调导叶)开度对环境温度变化敏感,变化幅度大。合成气热值降低时,机组热效率稳定,透平进口燃气温度与透平叶片表面温度稳定。压气机可以通过较小的IGV开度变化保证在合成气热值大幅度变化时压比保持稳定,防止喘振。透平出口温度设定值逐渐增大,透平进口燃气温度随之上升。透平第一级静叶表面温度升高,透平冷却效果恶化。过低的透平出口温度会降低机组热效率。此时IGV可以保证压气机压比与空气质量流量的变化。     

某燃气涡轮多级空气透平试验研究

为验证燃气涡轮的总体性能,将某重型燃气轮机涡轮末两级按0.5模化比模化后进行空气透平试验,建立了多级空气透平的试验系统,分析两级试验透平轮周效率、流量系数等特性参数随速比的变化。试验结果表明:空气透平设计工况效率达到了0.895,流量系数0.78,接近原燃气涡轮的设计值。试验结果验证了涡轮的总体性能,对燃气轮机涡轮的开发设计具有重要指导意义。     

某型燃气轮机透平转子空气系统数值计算

根据流体动力学理论,针对某型燃气轮机透平转子空气系统进行了流体动力学计算,获得不同工况下透平转子冷却空气流量和各漏气孔的流量分配情况,满足实际工程分析的需要.     

透平冷却空气系统和冷却空气量研究

介绍了燃气轮机的叶片冷却技术,并对燃气轮机各级冷却空气分布进行分析。在假设等熵效率η和混合效率ηε的基础上,根据透平工作原理,建立了一个能够求解出合理空气量的方程。最后针对燃气进出口焓值和冷却空气对焓值变化的影响求解出适当的空气量分配,这为研究燃气轮机二次空气系统提供了理论依据,同时也为透平部件的寿命评估提供了边界条件。     

燃气轮机二次空气系统一维传热特性预测

燃气轮机二次空气系统作为冷气在转子内流动的主要流路,关系到转子的强度和冷却气体的分配,对燃气轮机的稳定运行至关重要。针对燃气轮机初步设计的需求,基于基元模型经验公式发展了转子热边界条件分析方法的预测程序。该程序通过模块化二次空气系统,对各基元模型参数化建模,根据流动情况建立相应的流体网络,实现了燃气轮机二次空气系统的传热特性分析。另外以一概念化的二次空气系统的传热特性,验证、分析了该方法能有效、快速地预测二次空气系统的传热特性,为转子的热态分析提供必要条件。     

毛细管网辐射空调末端换热性能实验研究

为了研究毛细管网空调末端的换热性能,对郑州中南科莱空调设备有限公司会议厅毛细管网空调辐射系统空调末端进行了设计计算,并在该系统上进行了冬季供暖实验研究,通过分析实验数据,计算得到毛细管网辐射末端的平均换热量和综合传热系数,分别为38.95 W/m2和4.14 W/（m2·K）,与已有经验数据基本吻合,但是由于实验条件的局限性,该结果有待进一步校核。     

舰船局部空调区与高温环境区的传热研究

分析了送风流量对舰船局部空调区的速度场、温度场的影响和局部空调区与环境区的显热与潜热传递情况，得出了局部空调区的有效半径、高温环境区向局部空调区传递的显热流量和潜热流量与送风量和风口安装高度的关系。     

惰性多孔介质内天然气预混燃烧的数学模拟评述

天然气在惰性多孔介质内的预混燃烧是一个包含燃烧、辐射、对流及导热的复杂过程，从数学模拟的角度，比较了几种不同的甲烷-空气化学反应模型，研究了多孔介质内辐射传递方程的不同求解方法，并且分析了多孔介质的导热系数、对流换热系数等对燃烧器性能的影响。     

Thermal and exergy analysis of solar air collectors with passive augmentation techniques

One of the main disadvantages of solar air collectors in practical applications is their relatively low efficiency. In this experimental investigation, the shape and arrangement of absorber surfaces of the collectors were reorganised to provide better heat transfer surfaces suitable for the passive heat transfer augmentation techniques. The performance of such solar air collectors with staggered absorber sheets and attached fins on absorber surface were tested. The exergy relations are delivered for different solar air collectors. It is seen that the largest irreversibility is occurring at the conventional solar collector in which collector efficiency is smallest.     

3D numerical optimization of a heat sink base for electronics cooling

In this paper, the possible optimal thickness of a heat sink base has been explored numerically with different convective heat transfer boundary conditions in a dimensionless three dimensional heat transfer model. From the numerical results, relations among different heat transfer mechanisms (natural or forced, air or liquid), different area ratios of a heat sink to a heating source, and the lowest thermal resistance have been obtained and discussed. Also a simple correlation for these three parameters from data fitting is given for guiding a heat sink design.     

汽车空调暖风系统平行流换热器换热性能研究

平行流换热器以其结构紧凑、换热效率高的特点已广泛应用于汽车空调中.简要介绍了汽车空调暖风系统平行流换热器结构,采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对平行流换热器的换热性能进行了分析,比较了空气侧风速和水流量对其换热量和流动阻力的影响.模拟结果表明:在增加相同百分比的情况下,增加空气侧风速比增加水流量对换热器换热量的影响大16%左右,但增加空气侧风速和水流量对换热器换热能力的影响均有限;随着风速的提高,换热量增加率逐渐减小,而空气侧阻力增加率越来越大;随着水流量增加,水侧压降增大非常明显;但两者增加对空气侧出口温度影响均不明显.     

汽车空调性能试验台总成——主机及风洞系统的研制与试验分析

针对微通道换热器用作汽车空调冷凝器的特点,研制了一套冷凝器单体性能测试试验台,即主机及风洞试验台.该试验台主测风洞系统的换热量采用空气焓差法测试,辅测主机系统的换热量采用制冷剂流量计法测试,并选取两款微通道冷凝器对其进行冷凝换热试验,以验证该试验台的稳定性和准确性.结果表明,该试验台空气侧和制冷剂侧所测得的换热量偏差均在5%以内,满足冷凝器测控要求.根据实验数据得到了冷凝器迎面风速对换热量、空气压降和制冷剂压降的影响规律,为微通道换热器的优化设计及企业的相关研究提供参考.     

Experimental and theoretical investigation of film condensation with noncondensable gas

Experimental and theoretical investigations were conducted for the film condensation with noncondensable gas in a vertical tube. Condensation experiments were performed for a steam–air mixture in a vertical tube submerged in a water pool where the heat from the condenser tube was removed through a boiling heat transfer. Degradation of the condensation with noncondensable gas was investigated. A heat and mass analogy model for the annular filmwise condensation with noncondensable gas was developed. In the steam–air mixture region, general momentum, heat and mass transport relations derived by analytic method were used with the consideration of surface suction effect. The predictions from the model were compared with the experimental data and the agreement was satisfactory.