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《哈尔滨工业大学》 2007年
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热气机回热器内流动和传热特性的研究

刘雅宁  
【摘要】: 热气机由于其具有多种燃料的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视,其中对整机性能影响最大的关键部件是回热器。回热器内的工作条件复杂而且恶劣,即使在达到稳定运行工况的热气机,回热器的工作参数也是瞬息即变的,因为它工作在高频脉动的压力和速度场中,因此回热器的模拟仿真日益受到人们的青睐。 对多孔介质内的换热问题主要采用两种模型:局部热平衡模型和非热平衡模型。局部热平衡模型认为多孔介质内气固温度是一致的,是一种单能量方程模型;非热平衡模型是一种双能量方程模型,对气固的能量方程分别求解,能够对多孔介质的气固温度场进行较精确的模拟。但由于该种模型的复杂性,模型中使用了实验中得到的参数和关系式等,也存在一定的误差。回热器工作在大脉动条件下,内部的温度场变化剧烈,气固之间存在强烈的温差换热现象,因此用非热平衡理论来模拟回热器也是很关键的一步。 本文采用Darcy-Brinkman-Forchheimer模型,计算回热器内的流动情况,最终求得了适合于该种回热器的阻力系数计算模型。本文分别采用了热平衡模型和非热平衡模型对回热器的传热过程进行了模拟,求得了回热器内的速度场、温度场和压力场,及各个流动参数的随时间的变化情况,模拟计算了不同工质入口速度,不同操作频率,不同回热器填充率等情况下的回热器内的流动和传热过程,并求得了回热器效率这一综合参数,归纳总结出了以上各种条件对回热器回热性能的影响。这些给回热器的设计提供了参考和理论依据。 本文的研究表明,采用非热平衡模型能够很好的模拟回热器中的流动和传热过程,能计算出回热器内基体与气体工质之间的强烈换热,把回热器基体的冷吹阶段的放热和热吹阶段的吸热的“热力海绵”作用准确直观的模拟出来了,对回热器难以进行实验测量的弊端进行了弥补。
【学位授予单位】:

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