竖直U型地埋管换热器热短路抑制措施的分析

建立了单U型地埋管换热器三维瞬态数值分析模型,对抑制地埋管换热器“热短路”的各种措施进行了数值模拟.在不同载流体流速和回填料导热系数条件下,分别对隔热板式、保温套式地埋管换热器和未采取任何“热短路”抑制措施的普通地埋管换热器整体传热性能进行了研究,获得了不同“热短路”抑制措施对埋管换热器整体传热性能的影响规律;通过对影响埋管换热器整体传热性能“热短路”抑制措施的对比分析,并结合地埋管换热器实际工程运行环境,提出在工程实践中不必针对埋管换热器的”热短路”现象采取任何额外的抑制措施的建议.     

塔烟内直冷管束换热性能数值分析

通过建立几何、计算模型,对不同环境风速、温度和热负荷进行了塔烟内换热器换热性能的数值计算,得到了不同场的变化规律,并根据换热器出口面的风量和风温的变化,对影响换热性能的因素进行了分析。结果表明:换热器的换热性能与风速、布置位置、环境温度及热负荷等因素的有关。随环境风速增加,各换热器通风量下降;迎风布置的换热器通风量最少,背风侧的最大;环境温度高,热负荷小,各换热器通风量少;环境温度低,热负荷大,换热器通风量增加。换热器通风量越多,其换热性能越好,反之亦然。因此,换热器布置在烟囱内外筒间的夹层空间内,能够满足冷却一定的热负荷的要求。     

中间再热抽汽式汽轮机DEH控制系统的响应特性研究

对采用DEH控制系统的中间再热抽汽式汽轮机热电负荷的自整性进行了分析,对不同控制模式下系统的负荷适应性进行了研究。结果表明,由于DEH控制系统中PID调节器积分控制作用的存在,能够消除热电荷之间的相互静态干扰。新汽压力扰动时,调节级压力控制回路具有较好的瞬态响应特性;而负荷扰动时,功率控制回路具有较好的动态响应特性。因此,应根据机组的扰动情况选择控制回路。     

水平螺旋管式换热器的流热耦合传热特性研究

针对轴封式核主泵的水平螺旋管换热器复杂的结构特点和特殊的运行环境,采用流热耦合的数值模拟方法分析壳侧流体的流量和温度改变对换热器的流场和温度场的影响,探究换热器壳侧进口参数对换热器内流体流动换热特性的影响规律,并采用相关传热准则数分析换热器强化传热性能。结果表明:水平螺旋管流体受曲率的影响产生离心力,形成了有别于直管流动换热的二次流,速度分布呈内凹的圆弧状,会增强换热器传热效率;随壳侧流速的增加,流体的扰动程度加强,湍流程度提高,同时压力损失无明显变化,换热器传热性能增强;在既定结构和尺寸下,由换热器的传热性能曲线可知,壳侧流量和雷诺数的增加对强化螺旋管传热有显著影响。实际工程应用中可采用适当提高换热器的壳侧流量的方法来加强传热。     

三维填充床内换热及热回流机理研究

利用计算流体力学（CFD）对顺序排列多孔介质小球的三维填充床进行数值模拟。研究填充床内位置及空气流速变化对温度分布、努塞尔数影响,并对多孔介质小球的热回流特性进行分析,揭示填充床内传热机理。结果表明：相比于气-固两相交替存在处,与小球相切处的热的非平衡性更强。最高温度上游的换热强度与下游相比更强烈;当流速增加时,上游的对流换热作用增强,下游变化不大。在热回流过程中,在入口区域对流换热占主导地位,导热和辐射换热作用较弱;在主流场区域,导热占主导地位,其次是辐射换热,对流换热作用最弱。     

基于聚光太阳能电池冷却的微射流热沉传热性能数值研究

针对高倍聚光比下太阳能电池的热致失效问题,设计了一种带有回流结构的矩阵式微射流热沉。建立了热沉的三维物理和数学模型。并采用计算流体力学(CFD)软件对其进行了数值模拟,研究了回流通道数目、回流孔分布位置、射流高径比等因素对微射流热沉传热和流动特性及热有效性的影响。结果表明:在稳态条件下,回流孔数为49个结构的热沉性能比回流孔数为25个的热沉换热性能要好;当回流孔数目不变时,射流高径比(H/d)越小的热沉换热性能较好;被冷却表面平均温度随气体射流雷诺数增大而降低;系统压损随着射流雷诺数的增大不断增大;射流雷诺数大于5 000以后,压损急剧增加。对于回流孔数为49个的热沉,当运行参数4 600≤Re_a≤6 663,换热面热流密度为4.22 W/cm~2时,在不同的射流高径比下对比,H/d=4时换热性能最好。     

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．     

印刷电路板式换热器的设计分析

为了对基于超临界二氧化碳燃气轮机余热利用循环的印刷电路板式换热器进行性能分析,提出了一种定热负荷下对印刷电路板式换热器的离散分析方法。该方法将印刷电路板式换热器看成由许多子换热单元组成的整体,利用MATLAB建模,并参考了美国国家标准与技术研究院的物性库。通过分析定热负荷下,不同冷热侧流速对印刷电路板式换热器性能的影响。结果表明:二氧化碳在临界点和近临界点附近的比热具有较大的变化。采用分段设计的方法可以避免换热器性能剧烈变化带来的问题。在相同的初始条件下,换热器局部效率随冷流体质量流量的增加而增大,但是平均对数温差随冷流体质量流量的增加而减小。因此,换热性能的提高是以热导率为代价的。为了提高超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的性能与安全运行,必须仔细选择设计参数的工作范围。     

起动过程涡轮叶片瞬态温度场的准稳态处理研究

考虑燃气涡轮发动机起动过程涡轮叶片与高温燃气的对流换热及叶片内部的热传导,通过瞬态流热 耦合计算和准稳态处理两种方法对涡轮叶片换热特性进行了研究,分析了叶片热惯性带来的温度滞后效应, 探索了一种对发动机起动过程进行准稳态处理的数值模拟方法,实现了对涡轮叶片瞬态温度场的快速求解。采用商业化软件ANSYS CFX 2019 R2对涡轮叶片分别进行流热耦合和非定常数值计算,结合外换热程序 “NPUSTAN7Z”求解叶片型线上的换热系数,并对叶片表面网格节点按照“K-近邻算法”进行三维数据插值, 得到计算涡轮叶片非稳态导热的第三类边界条件。分析涡轮叶片的瞬态温度场,发现起动过程中金属叶片 的热惯性导致其温升慢于来流的温升,其内部存在一定的纵向温度梯度和横向温度梯度,中弦滞后 > 前缘滞 后 >尾缘滞后,叶片中下部温度滞后 > 叶片上部滞后。通过对比瞬态耦合计算与准稳态计算的结果,认为准 稳态的方法可以快速准确地求解发动机起动过程涡轮叶片的瞬态温度场。     

600 MW超临界“W”型火焰锅炉优化内螺纹管壁温及热负荷分布试验研究

在超临界"W"火焰锅炉水冷壁上设计安装了监测管内外壁温及管内工质温度的测量装置,得到了优化内螺纹垂直水冷壁管壁温、管内工质温度及典型负荷下炉膛截面热负荷分布等实炉运行数据。试验及研究结果表明:在机组由亚临界到超临界的转换过程中,管水冷壁管内外壁温与管内工质温度呈现剧烈变化状态,在超临界负荷下,内壁与工质的换热明显减弱,水冷壁的安全性受到威胁;管内外壁温差及内壁与工质温差沿炉膛宽度和深度方向均呈现中间高两侧低的分布,水冷壁向火侧管外壁温度大大低于设计值,水冷壁有较大的安全裕量,实际炉膛截面热负荷分布介于两种设计热负荷值之间。     

多股流换热器动态过程场协同分析

建立了多股流板翅式换热器动态数学模型,通过换热器入口温度及流量阶跃的改变,模拟过渡过程中温度场的动态响应,利用温差场均匀性因子对多股流换热器过渡过程动态特性进行了评价,通过分析内部温度场与速度场的协同关系,揭示温差场在动态过程中的变化特征.将温差场均匀性因子与过渡时间结合,建立了自组织能力系数,并对多股流换热器控制品质进行了分析.多股流换热器在流量阶跃时,温差场均匀性因子平缓迁移,而温度阶跃时变化剧烈且存有极值.多股流换热器自组织系数越大,越易达到新的热平衡.     

Countercurrent Double-Pipe Heat Exchanger Subjected to Flow-Rate Step Change,Part II: Analytical and Experimental Transient Response

This article investigates the analytical time constants of temperatures transient response along a countercurrent heat exchanger when a mass flow-rate step change is applied on hot fluid flowing through the inner duct. The time constants of the hot and cold fluids are spatially linear and the fluid not submitted to step change shows two types of transient response. The first corresponds to a linear spatial decreasing of the time constant, while the second presents a uniform time constant along the heat exchanger. For each case, the analytical expressions of time constants are derived taking the conditions of the transient response on the boundaries of the heat exchanger. The condition which enables distinguishing the two cases is also proposed in this article. The comparison between theoretical and experimental results allows us to validate the analytical expressions, which depend on the initial and final steady states. The influence of the magnitude of flow-rate step change on the transient behavior is studied by maintaining the initial steady state. In the same way, the initial steady-state effect is investigated with the same magnitude of the flow-rate step change. The comparison of response time to positive and negative flow-rate step change is also presented for different values of cold-fluid flow rate.     

Application of Transient Analysis Methodology to Quantify Thermal Performance of Heat Exchangers

A transient testing technique is developed to evaluate the thermal performance of industrial-scale heat exchangers. A Galerkin-based numerical method with a choice of spectral basis elements to account for spatial temperature variations in heat exchangers is developed to solve the transient heat exchanger model equations.

Testing a heat exchanger in the transient state may be the only viable alternative where conventional steady-state testing procedures are impossible or infeasible. For example, this methodology is particularly suited to the determination of apparent fouling levels in component cooling water system heat exchangers in nuclear power plants. The head load on these so-called component coolers under steady-state conditions is too small to permit meaningful testing. An adequate heat load develops immediately after a reactor shutdown when the exchanger inlet temperatures are highly time-dependent. The application of the analysis methodology is illustrated herein with reference to an in-situ transient testing carried out at a nuclear power plant. The method, however, is applicable to any transient testing application.     

Heat extraction characteristic of embedded heat exchanger in honeycomb ceramic packed bed

On the basis of experimental verification of mathematical model, the influence of honeycomb ceramic on heat extraction is numerically studied under the steady state condition. The calculation results show the packed honeycomb ceramic influences the extracted heat of heat exchanger by changing the flow field while not radiation heat transfer of heat exchanger outer wall, and the difference between the extracted heat of heat exchanger embedded in packed bed and that of heat exchanger in empty bad is gradually obvious with gas temperature increasing under the condition of the same gas mass flow rate. In addition, under the same operating condition, when the two characteristic sizes of heat extraction zone honeycomb ceramic in the vertical gas flow direction increase, the extracted heat of embedded heat exchanger shows a trend of first increase while extracted heat of embedded heat exchanger shows a trend of decrease because the decreasing of the windward and leeward side gas flow velocity of heat exchanger results into weakening of convective heat transfer of embedded heat exchanger outer wall.     

换热器系统的热力学性能评价

引入可用能损率这一指标对串联组合的换热器系统的热力学性能进行了 分析和评价，得到了换热器系统可用能损率的一般计算式，讨论了换热器系统的总流动趋势、冷热流体热容量流率比、传热单元数及单台换热器的流型、传热有效度和数目等对换热器系统可用能损率的影响。     

Experimental study on low-temperature waste heat thermoelectric generator

In order to further studies on thermoelectric generation, an experimental thermoelectric generator unit incorporating the commercially available thermoelectric modules with the parallel-plate heat exchanger has been constructed. The experiments are carried out to examine the influences of the main operating conditions, the hot and cold fluid inlet temperatures, flow rates and the load resistance, on the power output and conversion efficiency. The two operation parameters such as the hot fluid inlet temperature and flow rate are found to significantly affect the maximum power output and conversion efficiency. A comparison of the experimental results with those from the previously published numerical model is also presented. The meaningful results obtained here may serve as a good guide for further improving the numerical model and conducting a system level optimization study in the next step. Also, the present study shows the promising potential of using this kind of thermoelectric generator for low-temperature waste heat recovery.     

一种多股流换热器综合性能优化设计方法

在综合考虑了体积、重量和阻力等因素的基础上，对多股流换热器进行通道排列和优化设计，并运用无量纲分析法，自定义了syn因子、syn线等用以评价换热器综合性能的指标。详细分析了应用syn因子综合优化翅片结构的过程，与实际的设计结果比较表明：该方法适用于多股流换热器的综合性能优化设计。     

一种监测换热器污垢的新方法

在考虑污垢对换热器传热性能影响的基础上,提出换热器当量总污垢热阻和污垢函数的概念,并给出换热器当量总污垢热阻的监测方法,讨论了换热流型、传热有效度ε和冷热流体热容量率比R对换热器当量总污垢热阻的影响。     

蓄热式管壳换热器传热特性研究

针对热电联产机组供热期发电负荷受供热量限制,机组调峰能力下降、电力系统弃风弃光现象严重的问题,设计了一种新型蓄热式管壳换热器。利用相变材料蓄/放热过程中温度接近恒定、释放潜热量大等优点,选取石蜡为相变材料,换热器相变区作为换热单元,采用控制变量法,针对传热流体流速、相变材料导热系数及相变层厚度等关键因素,对换热单元的蓄/放热过程进行数值模拟。结果表明:提高传热流体流速可增强换热单元蓄热能力,缩短相变材料完全熔化时间,放热过程中为保证换热器输出端热量,应适当选取传热流体流速;使用复合材料提高相变材料导热系数能够增强换热单元的换热能力,在相同传热流体流速下使换热单元平均传热系数较纯石蜡工况提升2倍以上;增加相变层厚度在放热过程中可延长传热流体出口温度维持的时间。     

多功能太阳能空调制热兼制热水模式负荷平衡控制策略的研究

为了解决多功能太阳能空调制热兼制热水工况时空调和热水的能量输入与各自的负荷平衡问题,提出了通过调节热水换热器水体积流量以改变空调传热量和热水传热量的控制策略.以空调负荷作为控制目标,建立了神经网络辨识和模糊控制模型,并进行了仿真研究.结果表明,神经网络预测和模糊控制相结合的方法对热水换热器水体积流量的智能调节能有效地解决负荷平衡问题.