濕空氣透平（HAT）循環(huán)飽和器若干問(wèn)題的研究.pdf

1、HAT循環(huán)具有高效率、高比功、污染小和變工況性能好等優(yōu)點(diǎn)。飽和器是HAT循環(huán)的關(guān)鍵部件，其加熱、加濕性能的好壞直接影響到整個(gè)循環(huán)的效率。關(guān)于飽和器的理論與實(shí)驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作，獲得了一些有價(jià)值的資料，但還面臨許多未解決的難題。因此本文使用理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，力圖求解飽和器研究中的一些關(guān)鍵性問(wèn)題。本文的目的是通過(guò)對(duì)飽和器內(nèi)部典型的氣液兩相流動(dòng)和傳熱、傳質(zhì)的過(guò)程的深入研究，豐富對(duì)這種復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，為研制高性能

2、的飽和器積累關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和提供重要的理論根據(jù)。 主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下： 在搭建飽和器模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)量得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用了(火用)分析的方法，通過(guò)飽和器內(nèi)部的(火用)損失分析，建立了飽和器的(火用)平衡模型和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)-目的(火用)效率，對(duì)其(火用)性能進(jìn)行了分析，并計(jì)算了(火用)效率隨進(jìn)口參數(shù)的變化規(guī)律，討論了溫度和濕度對(duì)濕空氣(火用)值的影響規(guī)律，結(jié)果指出：1)當(dāng)進(jìn)口水溫和水氣比一定時(shí)，進(jìn)口濕空

3、氣相對(duì)濕度增加，(火用)效率增大；2)當(dāng)進(jìn)口水溫和進(jìn)口空氣相對(duì)濕度一定時(shí)，隨水氣比增加，(火用)效率也增大；3)在進(jìn)口相對(duì)濕度和水氣比一定時(shí)，隨進(jìn)口水溫(水氣溫差)增加，(火用)效率反而降低。HAT循環(huán)與STIG循環(huán)在比功和(火用)效率兩方面進(jìn)行了比較，從(火用)效率來(lái)看，兩種循環(huán)都存在使(火用)效率最高的最佳壓比，偏離最佳壓比，(火用)效率下降。HAT循環(huán)的最佳壓比較STIG低，從而在實(shí)際運(yùn)行中更容易實(shí)現(xiàn)。從比功來(lái)看，HAT循環(huán)低壓比

4、時(shí)比功較低，較高壓比時(shí)比功高于STIG循環(huán)；并且兩者隨壓比的變化趨勢(shì)不同，HAT循環(huán)比功隨壓比升高而增大，而STIG循環(huán)比功隨壓比升高而減小。通過(guò)比較可以看出，HAT循環(huán)在總體性能上優(yōu)于STIG循環(huán)。 采用本所研制的光脈動(dòng)顆粒測(cè)試儀、氣液兩相測(cè)溫裝置和小波分析軟件相互結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套“激光在線監(jiān)測(cè)氣液噴霧溫度測(cè)試系統(tǒng)”，氣液分離效果檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：增加銅絲濾網(wǎng)后可以有效地阻止液滴進(jìn)入，選擇合適的濾網(wǎng)配合真空泵的抽氣測(cè)量，可以

5、有效地從兩相流中分離氣相，從而測(cè)出氣相溫度。初始光強(qiáng)信號(hào)維持一段時(shí)間后會(huì)很快衰減，因此必須有真空泵的抽氣作用及時(shí)把滲入防護(hù)罩內(nèi)部的液體排出，以免不斷累積，影響氣相溫度測(cè)量。在氣流速度一定時(shí)，隨著濾網(wǎng)目數(shù)的增加，光強(qiáng)信號(hào)波動(dòng)減小，小波分析中突變點(diǎn)也減少。說(shuō)明較多目數(shù)的濾網(wǎng)可以增加氣液分離的效果。當(dāng)濾網(wǎng)數(shù)目一定時(shí)，氣流速度增大會(huì)使信號(hào)波動(dòng)更加明顯，小波分析中的突變點(diǎn)也增多。利用FLUENT軟件對(duì)飽和器內(nèi)部氣液兩相噴霧加熱加濕的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了

6、三維數(shù)值模擬。采用Realizablek-ε湍流模型，計(jì)算模擬了噴霧形成過(guò)程中的氣液兩相流動(dòng)參數(shù)的分布規(guī)律，彌補(bǔ)了以往文獻(xiàn)中只有噴霧穩(wěn)態(tài)結(jié)果的不足。進(jìn)一步揭示了在水氣比較小的情況下，氣相溫度從進(jìn)口到出口并不是一直增大，而是先降低然后再升高，并且指出了氣液兩相溫差最大的幅度和位置。對(duì)比了氣相相對(duì)濕度、含濕量和焓隨高度的變化規(guī)律，說(shuō)明了在飽和器內(nèi)上半部的傳熱傳質(zhì)量遠(yuǎn)大于下半部。此外飽和器模型尺寸對(duì)加熱加濕性能的影響也做了分析和研究。通過(guò)水蒸

7、汽凝結(jié)的UDF函數(shù)，解決了FLUENT無(wú)法自動(dòng)處理過(guò)飽和水蒸汽凝結(jié)而導(dǎo)致計(jì)算中出現(xiàn)的濕空氣相對(duì)濕度大于100％的問(wèn)題。 在理論分析的基礎(chǔ)上，建立了以含濕量差為傳質(zhì)推動(dòng)力的飽和器一維數(shù)學(xué)模型方程組，通過(guò)引入3個(gè)無(wú)因次參數(shù)：無(wú)因次高度z、無(wú)因次溫度t、無(wú)因次濕度x，對(duì)數(shù)學(xué)模型方程組進(jìn)行了無(wú)因次化處理，然后應(yīng)用量綱分析方法，得出了決定飽和器熱力性能的3個(gè)無(wú)因次相似準(zhǔn)則數(shù)(Re，Eu，D)，準(zhǔn)則數(shù)Re描述了飽和器內(nèi)部濕空氣流動(dòng)的相似性條