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HAT循环饱和器内部气液两相测量及传热传质性能研究

刘国兵  
【摘要】:HAT循环以其高效率、高比功、低污染等优点而受到广泛关注,饱和器作为HAT循环的关键部件,其加湿加热性能会直接影响到整个循环的效率。饱和器内部是复杂的气液两相流动,所以研究气液间的传热传质对HAT循环有重要意义。目前已经对饱和器进行了一些理论和实验研究,但是饱和器内气液两相温度测量依然是实验研究的难点,而且对气液之间的传热传质机理进行的深入研究也不多。因此,本文一方面对HAT循环饱和器内部的气液两相温度进行了实验测量,另一方面将饱和器内部复杂的气液流动过程进行简化抽象,用数值模拟的方法研究几何参数和气动参数对气液间的传热传质性能的影响。 实验研究方面:基于高压填料式饱和器实验系统,根据饱和器的结构特点以及现有的一些温度湿度测量技术和气液分离技术,自主研发了适用于测量逆流式高压填料饱和器内部气液两相温度和相对湿度的测量装置。利用该装置,测量了不同进口水温和液气比工况下饱和器内部的气液两相温度场以及湿空气相对湿度。详细分析了实验数据,得到结论:随着液气比的增加,出口湿空气的相对湿度持续增加,总的加湿量也增加;进口水温在大液气比工况时对出口气温的影响较大,随着进口水温的增加,出口气温也会提高。 理论研究方面:根据填料式饱和器内部气液两相流动的特点,在壁面等效法的假设下,该流动过程可以抽象简化成为气液两相沿竖直壁面降膜流动传热传质的过程,基于N-S方程组、两相流VOF分析方法和自主开发的分析液两相流动的传热传质过程的质量源项和能量源项分析软件包,建立了气液两相流动和传热传质的数学模型。利用上述数学模型分析了不同气动工况和壁面几何形状下气液两相间传热传质过程,研究结果表明:液膜表面的波动、进气速度和进液速度的提高、气液进口温差的增加以及壁面的波纹结构,都能强化气液两相间的传热传质过程。 本文从实验和数值模拟两方面较全面的研究了饱和器内部传热传质过程中的一些关键性问题,这对于今后研制真实饱和器有着重要的指导意义。


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