【硕士论文】湿空气透平(HAT)循环饱和器若干问题的研究.pdf

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1、上海交通大学博士论文摘要湿空气透平(HAT)循环饱和器若干问题的研究摘要删T循环具有茼效率、高比功，污染小和变工况性能好等优点。饱和器是HAT循环的关键部件，其加热、加湿性能的好坏直接影响到整个循环的效率。关于饱和器的理论与实验已经进行了大量的工作，获得了一些有价值的资料，但还面临许多未解决的难题。因此本文使用理论分析、实验测量和数值模拟相结合的方法，力图求解饱和器研究中的一些关键性问题。本文的目的是通过对饱和器内部典型的气液两相流动和传热、传质的过程的深入研究，丰富对这种复杂流动现象的认识，为研制高性能的饱和器积累关键的实验数据和提供重要

2、的理论根据。主要研究内容和研究成果如下：在搭建饱和器模型实验系统的基础上，对测量得到的实验数据，使用了烟分析的方法，通过饱和器内部的媲I损失分析，建立了饱和器的媚平衡模型和性能评价指标．目的堋效率，对其炯性能进行了分析，并计算了拥效率随进口参数的变化规律，讨论了温度和湿度对湿空气拥值的影响规律，结果指出：1)当进口水温和水气比一定时，进口湿空气相对湿度增加，拥效率增大；2)当进口水温和进口空气相对湿度～定时，随水气比增加，堋效率也增大；3)在进口相对湿度和水气比一定时，随进口水温(水气温差)增加，烟效率反而降低。HAT循环与STIG循环在比

3、功和佣效率两方面进行了比较，从勰f效率来看，两种循环都存在使媚效率最高的最佳压比，偏离最佳压比，媚效率下降。HAT循环的最佳压比较STIG低，从而在实际运行中更容易实现。从比功来看，HAT循环低压比时比功较低，较高压比时比功高于STIG循环；并且两者随压比的变化趋势不同，HAT循环比功随压比升高而增大，而STIG循环比功随压比升高而减小。通过比较可以看出，HAT循环在总体性能上优于STIG循环。采用本所研制的光脉动颗粒测试仪、气液两相测温装置和小波分析软件相互结合，设计了一套“激光在线监测气液喷雾温度测试系统”，气液分离效果检验实验的结果表

4、明：增加铜丝滤网后可以有效地阻止液滴进入，选择合适的滤网配合真空泵的抽气测量，可以有效地从两相流中分离气相，从而测出气相温度。初始光强信号维持一段时间后会很快衰减，因此必须有真空泵的抽气作用及时把渗入防护罩内部的液体排出，以免不断累积，影响气相温度测量。在气流速度一定时，随着滤网目上海交通大学博士论文数的增加，光强信号波动减小，小波分析中突变点也减少。说明较多目数的滤网可以增加气液分离的效果。当滤网数目一定时，气流速度增大会使信号波动更加明显，小波分析中的突变点也增多。利用FLUENT软件对饱和器内部气液两相喷雾加热加湿的动态过程进行了三维

5、数值模拟。采用Realizablek-占湍流模型，计算模拟了喷雾形成过程中的气液两相流动参数的分布规律，弥补了以往文献中只有喷雾稳态结果的不足。进一步揭示了在水气比较小的情况下，气相温度从进口到出口并不是一直增大，而是先降低然后再升高，并且指出了气液两相温差最大的幅度和位置。对比了气相相对湿度、含湿量和焓随高度的变化规律，说明了在饱和器内上半部的传热传质量远大于下半部。此外饱和器模型尺寸对加热加湿性能的影响也做了分析和研究。通过水蒸汽凝结的UDF函数，解决了FLUENT无法自动处理过饱和水蒸汽凝结而导致计算中出现的湿空气相对湿度大于100％

6、的问题。在理论分析的基础上，建立了以含湿量差为传质推动力的饱和器一维数学模型方程组，通过引入3个无因次参数：无因次高度z、无因次温度t、无因次湿度工，对数学模型方程组进行了无因次化处理，然后应用量纲分析方法，得出了决定饱和器热力性能的3个无因次相似准则数fRe，勖，Dl，准则数Re描述了饱和器内部湿空气流动的相似性条件：准则数Eu描述了饱和器内喷嘴雾化性能的相似性条件；而准则数D则描述了饱和器和喷嘴喷口的几何相似性条件。有了这三个无量纲数，就可以保证饱和器的原形和试验模型的工况保持相似，这为饱和器模型试验的研究和数据整理提供了相似理论上的依

7、据。本文较全面系统地研究了饱和器理论、实验和数值模拟过程中的一些关键性问题，这对于提高研制真实饱和器的水平具有重要的指导意义。关键词：HAT循环，饱和器，炯分析，气液两相流，温度测量，数值模拟，无因次化本课题得到国家重点基础研究发展规划973项目(G1999022303)资助H符号说明：A-单位高度内的气液两相接触面积(珊2／m)；丑一饱和器截面积(m2)；C一喷嘴流量系数；％一质量定压比热(

8、iid／kg·Jj})；q一质量定容比热(／d／kg·七)；i一摩尔定压比热(_j；d／kg·k)；以一雾滴的平均粒径(m)；D一饱和器几何尺寸(m

9、)；砬一水蒸汽在空气中的等温扩散系数(册2／j)；E一佣(材)；P一质量比炯(Ji5d／kg)；一e--摩尔比拥(1d／km01)；L-饱和器整体高度(m)；m一质量(堙)；甩一