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湿式冷却塔热虹吸蒸发预冷与节水系统研究

湿式冷却塔热虹吸蒸发预冷与节水系统研究

作者：王睿山东大学

学位级别：硕士

蒸发损失是火电厂用水系统中最大的一项耗水指标。在水资源日益短缺的背景下,研究得到一种节水方式,减少冷却水的蒸发损失,在维持水资源持续利用方面具有巨大的价值。本文根据蒸发冷却原理,提出了热虹吸蒸发预冷耦合湿式冷却塔节水技术... 详细信息

蒸发损失是火电厂用水系统中最大的一项耗水指标。在水资源日益短缺的背景下,研究得到一种节水方式,减少冷却水的蒸发损失,在维持水资源持续利用方面具有巨大的价值。本文根据蒸发冷却原理,提出了热虹吸蒸发预冷耦合湿式冷却塔节水技术路线,并系统地研究了这一技术的实现机制。通过理论分析、数学建模和实验室试验研究的方法,验证了这一技术路线用于冷却塔主动节水的可行性,试验结果表明在所研究的条件下节水率可以达到7%～54%。本文构建了冷却水的热虹吸蒸发预冷系统,选择确定了热虹吸系统的低沸点循环工质,设计了蒸发段和冷凝段以及循环系统,研究了系统特性,提出了节水评价方法。基于热虹吸蒸发预冷稳态计算模型和机械通风冷却塔蒸发损失计算模型,搭建热虹吸蒸发预冷耦合湿式冷却塔节水系统试验台架,并进行了试验研究,获得了不同冷却水进水温度、冷却水进水流量和不同环境温度对于热虹吸蒸发预冷系统的影响规律,为系统的设计奠定了基础。主要研究工作如下:(1)构建热虹吸蒸发预冷系统,分析蒸发预冷系统的工作原理和工作过程,并利用T-s图分析工质的热力循环过程。(2)为了获得热虹吸蒸发预冷系统对于冷却塔节水的影响规律,建立热虹吸蒸发预冷稳态计算模型和机械通风冷却塔蒸发损失计算模型。(3)对热虹吸系统进行全面的系统设计,构建湿式冷却塔热虹吸蒸发预冷系统试验台,基于热虹吸蒸发预冷系统与机械通风冷却塔耦合节水试验,获得热虹吸蒸发预冷的冷却机制、系统特性和节水评价。(4)研究充液率、冷却水温度和冷却水流量等因素对热虹吸蒸发预冷系统的影响,获得驱动温差阈值,深入分析热虹吸系统运行自平衡机制。(5)以一个工业冷却塔实例,运用热虹吸技术对湿式冷却塔进行节水改造。根据目标节水率,通过机械通风冷却塔蒸发损失模型迭代计算得到冷却水进冷却塔前降低的热负荷,以此进行热虹吸塔的设计。基于设计的热虹吸系统,对预冷冷却水量、冷却水温、环境温度、风机风速进行变工况分析,得到热虹吸系统的性能特性,并与湿式冷却塔耦合,得到不同工况下耦合系统的节水效益与能耗规律。定义节水耗电率这一指标,将耗能与节水进行了统一。本研究提供了一种减少冷却塔蒸发损失的新方法,在冷却塔上游利用热虹吸蒸发预冷减少冷却水的进塔热负荷,并对不同工况下的节水效果进行评价,减少了电厂的耗水量。

关键词：蒸发损失节水热虹吸机械通风冷却塔蒸发预冷

考虑特种电力作动系统外部空气对流及内部冷却剂热虹吸的温度场分析

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考虑特种电力作动系统外部空气对流及内部冷却剂热虹吸的温度场分...

作者：温忻重庆大学

学位级别：硕士

特种电力作动系统是功率调节和系统保护的伺服机构。在特种电力作动系统正常工作时,线圈部分因为通电导致铜耗产生散发热量的同时,内部冷却剂在行程套管内由于热虹吸现象传递至线圈的热量使其温度升高,会使线圈造成老化乃至失效。因此,... 详细信息

特种电力作动系统是功率调节和系统保护的伺服机构。在特种电力作动系统正常工作时,线圈部分因为通电导致铜耗产生散发热量的同时,内部冷却剂在行程套管内由于热虹吸现象传递至线圈的热量使其温度升高,会使线圈造成老化乃至失效。因此,为了保证特种电力作动系统在运行时的可靠性,需要对线圈部分在工作状态下能达到的最高温度进行计算分析。本文以特种电力作动系统为本体,采用计算流体力学及有限元分析方法,同时考虑到特种电力作动系统外部空气自然对流以及内部冷却剂的热虹吸现象,对整个特种电力作动系统进行全域温度场仿真计算,研究了特种电力作动系统在无风冷系统下自然冷却线圈处的温升情况,探讨了在不同条件下特种电力作动系统在同时考虑到外部空气自然对流以及内部冷却剂的热虹吸现象时稳态温度分布变化,如不同工况下,特种电力作动系统插入深度、环境温度,最大功率运行等。并通过两种不同的数值计算方式及实验进行了仿真来验证研究中的处理方式及结果。首先,基于热传导模型、热对流模型、边界条件确定、热源确定以及导热散热系数确定,采用有限元分析方法建立了其二维和三维的温度场模型。其热源及导热散热系数将会随环境和运行状态发生改变。初始状态的温升将会影响其损耗中的铜耗、铁耗以及铁芯上的磁滞损耗和涡流损耗,损耗的改变将直接影响温度场热源的改变进而影响整个特种电力作动系统的温度场,通过建立机构中的电磁场和温度场之间的耦合关系。然后,搭建特种电力作动系统的三维温度场有限元模型,分析在提升、步进、下降和快速落棒等工作状态下的稳态温度场分布和瞬态温升曲线,研究特种电力作动系统中线圈部分稳态和瞬态的全域温升特性。接着,同时考虑外部空气自然对流换热以及内部热虹吸现象,针对特种电力作动系统内线圈部分的温升变化进行仿真分析。使用通过热路法分析的结果,分析线圈处各部件的平均温度,与有限元结果进行对比分析,保证了整个对线圈处温度建模仿真过程中的正确性。最后,基于特种电力作动系统提升线圈部分搭建温度场分析实验台架,通过对比实验与仿真结果,验证所采用的考虑到外部空气的自然对流散热的情况下,仿真的网格以及建模基本正确及符合实际。为进一步研究和优化温度场分析方式及准确表述其温度变化奠定了基础。

关键词：特种电力作动系统计算流体力学热虹吸自然对流温度场分析

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弦月型通道热虹吸提升管流动特性的数值计算

西安交通大学学报 2008年第1期42卷 17-22页

作者：张联英吴裕远姜华西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

应用两相流和溶液热力学的基本理论对热虹吸提升管的流动特性进行了分析研究,采用两相流分相模型对其进行了数值计算,得出了对应不同截面、不同浸没高度下加热负荷与浓溶液的提升量、蒸汽发生量、浓溶液最大提升高度及稀溶液最小浸没高... 详细信息

应用两相流和溶液热力学的基本理论对热虹吸提升管的流动特性进行了分析研究,采用两相流分相模型对其进行了数值计算,得出了对应不同截面、不同浸没高度下加热负荷与浓溶液的提升量、蒸汽发生量、浓溶液最大提升高度及稀溶液最小浸没高度的关系曲线.分析结果表明:在小加热负荷下(7.0 kW左右),直径比为19/32的组合套管的提升高度优于其他套管,最大提升高度高于直径比为16/32的组合套管.计算结果与实验结果符合良好,为该类型热虹吸泵的设计和运行提供了依据.

关键词：两相流热虹吸分相模型数值计算

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多蒸发器热虹吸回路热管启动与不稳定性研究

工程热物理学报 2020年第4期41卷 792-796页

作者：张海南邵双全田长青中国科学院低温工程学重点实验室中国科学院理化技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

多蒸发器热虹吸回路热管能够将自然冷能利用和低损耗冷量输配集成一体,在数据中心节能冷却领域具有独特的应用前景。本文建立了具有三蒸发器且流动可视化的热虹吸回路热管实验台,对其启动特性和运行不稳定性开展了研究,为其实际应用提... 详细信息

多蒸发器热虹吸回路热管能够将自然冷能利用和低损耗冷量输配集成一体,在数据中心节能冷却领域具有独特的应用前景。本文建立了具有三蒸发器且流动可视化的热虹吸回路热管实验台,对其启动特性和运行不稳定性开展了研究,为其实际应用提供基础理论支撑。结果表明,启动过程中,在高充液率情况下沸腾倾向于率先发生在蒸发器顶部,达到稳态后,蒸发器顶部的温度更低,这是由于在蒸发器顶部气泡更大,沸腾更为剧烈。而在较小充液率下,蒸发器顶部和底部几乎同时发生沸腾,达到稳态后,顶部温度更高,这是由于充液率较小时液池在顶部发生蒸干;距离冷凝器较远的蒸发器由于连接管的流动阻力更大,启动峰值温度和稳态温度更高;对于某一蒸发器而言,加热与它并联的蒸发器后,与仅有单一蒸发器输入热量相比,温度波动的幅度有所增大而波动频率有所减小。

关键词：热管热虹吸多蒸发器启动不稳定性

低压低干度自然循环流量漂移和热虹吸现象的动态模拟

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核动力工程 2007年第1期28卷 58-62页

作者：王建军杨星团姜胜耀清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

采用一维两相4方程漂移流模型编制程序,对5MW核供热堆模拟实验回路中发生的流量漂移现象进行数值模拟,同时分析热虹吸的机理,并对其进行动态模拟。结果表明,该程序可以对自然循环系统的静态不稳定性进行模拟,对流量漂移现象的模拟基本... 详细信息

采用一维两相4方程漂移流模型编制程序,对5MW核供热堆模拟实验回路中发生的流量漂移现象进行数值模拟,同时分析热虹吸的机理,并对其进行动态模拟。结果表明,该程序可以对自然循环系统的静态不稳定性进行模拟,对流量漂移现象的模拟基本与实验相符。

关键词：低压低干度自然循环热虹吸流量漂移动态模拟

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两相热虹吸循环蒸发侧传热模型比较

化工学报 2013年第8期64卷 2752-2759页

作者：张朋磊王宝龙韩林俊石文星李先庭清华大学建筑学院建筑技术科学系北京100084

两相热虹吸换热器在工业领域应用广泛,其制冷剂内侧的传热过程是热虹吸管设计的基础。然而由于沸腾传热和两相流动的复杂性,基于实验的经验传热模型各自差异很大且适用范围有限,给热虹吸管建模时传热模型选取带来了一定的困难。建立了... 详细信息

两相热虹吸换热器在工业领域应用广泛,其制冷剂内侧的传热过程是热虹吸管设计的基础。然而由于沸腾传热和两相流动的复杂性,基于实验的经验传热模型各自差异很大且适用范围有限,给热虹吸管建模时传热模型选取带来了一定的困难。建立了稳态两相热虹吸循环分布式参数模型,利用5篇文献中4种工质共424个热虹吸管传热实验数据点,对热虹吸管中常用的7种传热模型进行比较评价,为模型选取提供参考。结果发现:Kandlikar流动沸腾模型和Rahmatollah拟合的热虹吸管传热模型模拟精度最好,推荐使用;Cooper池沸腾也有较好的精度,说明核态沸腾在热虹吸管传热中占主导地位;Gungor and Winterton、Liu and Winterton等常用的流动沸腾模型模拟精度差别不大,误差尚可接受;Imura池沸腾模型不适用于热虹吸管传热模拟。

关键词：热虹吸蒸发器传热模型

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卧式热虹吸再沸器的压力平衡计算

化工进展 2019年第S1期38卷 265-269页

作者：袁娟惠生工程(中国)有限公司北京分公司

由传热设计软件HTRI7.0对石油化工装置中常用的卧式热虹吸再沸器的工艺设计过程进行详细介绍。文章主要研究了卧式热虹吸再沸器基于压力平衡下的再沸器安装高度的计算方法及步骤,得出了卧式热虹吸再沸器的阻力损失包括再沸器入口管线阻... 详细信息

由传热设计软件HTRI7.0对石油化工装置中常用的卧式热虹吸再沸器的工艺设计过程进行详细介绍。文章主要研究了卧式热虹吸再沸器基于压力平衡下的再沸器安装高度的计算方法及步骤,得出了卧式热虹吸再沸器的阻力损失包括再沸器入口管线阻力损失、再沸器内的阻力损失和再沸器出口管线阻力损失三部分,其中,再沸器出口管线为两相流,其阻力损失计算采用分离模型计算的误差小,准确度高。根据上述工艺设计方法,以某甲醇制烯烃(MTO)装置中一台水汽提塔再沸器为例,分析了该再沸器开工时出口管线振动的原因是由于推动力过大导致两相流流型为不稳定流型从而引起操作不稳定,并给出合理的改造和解决方案,即在再沸器入口管线增加手动调节阀。

关键词：热虹吸卧式再沸器压力平衡