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空气加热器喷雾燃烧流场仿真模拟

火箭推进 2023年第5期49卷 13-22页

作者：范博沈赤兵王科国防科技大学高超声速技术实验室长沙410073

为研究喷注压降对空气加热器喷雾燃烧流场的影响规律,采用DPM离散相模型,结合考虑湍流燃烧效应的涡耗散模型对酒精/液氧/空气三组元加热器进行仿真计算,并与理论计算及试验结果进行对比,验证模型的准确性。仿真结果表明:在保持三组元流... 详细信息

为研究喷注压降对空气加热器喷雾燃烧流场的影响规律,采用DPM离散相模型,结合考虑湍流燃烧效应的涡耗散模型对酒精/液氧/空气三组元加热器进行仿真计算,并与理论计算及试验结果进行对比,验证模型的准确性。仿真结果表明:在保持三组元流量恒定的条件下,提高空气喷注压降能够缩短酒精喷雾的雾化距离与火焰长度,当空气喷注压降提高后,能使喷雾距离缩短50%,火焰长度缩短40%,燃烧室内温度分布更加均匀,有利于提供满足试验需求的均匀热气流;同时,降低酒精喷注压降能够减小酒精喷雾的穿透距离,使火焰更加集中于燃烧室轴线处;当空气喷注压降超出工作范围时,火焰无法附着在喷嘴出口,容易造成加热器熄火;过高的酒精喷注压降会使燃烧火焰周期性摆动,不利于燃烧室热防护。

关键词：空气加热器喷雾燃烧火焰稳定性喷注压降离散相模型

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空气冷却器与空气加热器性能测试解析

流体机械 2022年第10期50卷 70-75页

作者：包继虎李亚运付炜周坤谢鸿玺赵宗彬朱丰雷合肥通用机械研究院有限公司合肥230031

为正确理解标准条款、准确检测空气冷却器与空气加热器产品的性能提供指导,基于GB/T 14296-2008《空气冷却器与空气加热器》的性能试验要求和JG/T 21-1999《空气冷却器与空气加热器性能试验方法》的性能试验方法,详细解读了空气冷却器... 详细信息

为正确理解标准条款、准确检测空气冷却器与空气加热器产品的性能提供指导,基于GB/T 14296-2008《空气冷却器与空气加热器》的性能试验要求和JG/T 21-1999《空气冷却器与空气加热器性能试验方法》的性能试验方法,详细解读了空气冷却器与空气加热器的性能测试方法和测试工况,归纳了现行空气冷却器与空气加热器产品标准和性能试验方法标准中存在的问题和不足,并给出了相应的建议,对于这类年代比较久的标准,建议结合社会需求,考虑产品的发展和检验检测技术的进步,及时对相关标准加以制(修)订。

关键词：空气冷却器空气加热器性能测试测试工况

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空气加热器在磷复肥装置干燥系统上的应用

磷肥与复肥 2022年第2期37卷 44-45页

作者：杨林台马克猛刘辉云南云天化云峰化工有限公司云南云天化股份有限公司安环监督部

为降低天然气单耗，利用硫黄制酸装置富余的蒸汽通过空气加热器对进入热风炉的空气进行预加热。介绍空气加热器的原理及应用在300 kt/a多功能复合肥和100 kt/a NPK复合肥装置上的热量平衡计算。改造后，燃气消耗下降了40%左右，年创造... 详细信息

为降低天然气单耗，利用硫黄制酸装置富余的蒸汽通过空气加热器对进入热风炉的空气进行预加热。介绍空气加热器的原理及应用在300 kt/a多功能复合肥和100 kt/a NPK复合肥装置上的热量平衡计算。改造后，燃气消耗下降了40%左右，年创造经济效益360万元，减少二氧化碳排放约5 680 t/a。

关键词：空气加热器磷复肥燃气消耗碳减排

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中温空气式CPC太阳能聚光集热器性能研究

中温空气式CPC太阳能聚光集热器性能研究

作者：史伟内蒙古工业大学

学位级别：硕士

全球能源危机以及环境污染日益严重,工业领域对实用、高效、清洁能源的需求日益增加,迫切需要可以替代传统化石能源的可再生能源。太阳能作为分布最为广泛的可再生能源,可通过集热装置将太阳能转换成热能为工业生产所用。复合抛物面太... 详细信息

全球能源危机以及环境污染日益严重,工业领域对实用、高效、清洁能源的需求日益增加,迫切需要可以替代传统化石能源的可再生能源。太阳能作为分布最为广泛的可再生能源,可通过集热装置将太阳能转换成热能为工业生产所用。复合抛物面太阳能聚光集热器(Compound Parabolic Concentrator,简称CPC)是根据边缘光线理论设计的理想聚光器,具有可接受部分散射光、低成本等优点,具有广阔的应用前景。其接收面上能流分布不均,造成系统光热转换效率低下,同时导致转换装置温度分布不均,产生热应力破坏,降低接收器寿命。鉴于上述分析,本文提出一种新型中温空气式太阳能聚光器(简称分段式CPC),对其光热特性展开研究,具体内容如下:首先,以接收面能流密度分布均匀为目标,利用抛物线光学理论、微元理论、几何构造法,对传统CPC进行结构优化,设计了两种新型分段式CPC聚光器(Ⅰ型、Ⅱ型)。对分段式CPC型线进行了推导和计算,给出了不同参数下(分段数、几何聚光比、接收面宽度)Ⅰ、Ⅱ型CPC聚光器型线的表达式。其次,利用TracePro光学软件对分段式CPC聚光器的光学特性进行仿真分析,研究了分段数、入射偏角等参数对新型聚光器接收面能流密度分布的影响。结果表明:分段式CPC接收面能流密度不均匀度S随分段数的增加而减小,Ⅰ型聚光器10分段数时不均匀度S=20.08,明显小于传统CPC不均匀度S=51.93,而Ⅱ型聚光器是在分段数20时,其不均匀度S(S=21.93)才小于传统CPC不均匀度S。表明分段式设计使得CPC接收面能流密度分布具有良好的均匀性;分段式CPC接收面能流密度梯度Max值随分段数的增加而减小,Ⅰ型聚光器10分段数时的能流密度梯度Max=112032.36,明显小于传统CPC的能流密度梯度Max值,分段式CPC有效降低了接收面热应力损伤;相同分段数下,Ⅰ型聚光器接收面能流密度均匀性要优于Ⅱ型聚光器,综合考虑集热系统的经济性、稳定性等因素,本文选取I型10分段聚光器作为具体研究对象开展后续实验研究。基于光学特性分析结果,设计了分段式CPC样机,搭建了分段式CPC聚光集热测试系统,开展了接收面温度场分布测试和辐照度、空气流速、进口温度等参数对集热效率影响的实验研究。实验结果表明,分段式CPC温度场不均匀度均值0.06,明显小于传统CPC温度场不均匀度均值1.67,间接验证了上述光学仿真结果;不同空气流速下,集热器出口温度与太阳辐照度变化趋势一致,集热器的平均集热效率随空气流速的增大而增大,当流速为6.5m/s时数值最大,最大值分别为71.5%(分段式CPC)和59.9%(传统CPC),比空气流速5.5m/s和6m/s时提高了10.8%、1.6%(分段式CPC)和7.9%、3.4%(传统CPC);不同入口空气温度下,集热器的平均集热效率随入口温度的增大而减小,分段式CPC集热效率均大于传统CPC集热效率。入口空气温度80℃时,集热器的集热效率为43.3%(分段式CPC)、33.1%(传统CPC),较入口空气温度60℃、70℃降低了11.6%、7.2%(分段式CPC),10.9%、6.5%(传统CPC)。光学特性仿真和实验研究结果均表明,新型分段式CPC聚光集热系统有着较优的集热性能,该研究为太阳能中温空气加热应用于工业生产实际提供理论支撑和实验参考。

关键词：太阳能聚光复合抛物面空气加热器分段式能流密度分布

空气加热器针栓喷注器雾化试验与燃烧特性仿真研究

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空气加热器针栓喷注器雾化试验与燃烧特性仿真研究

作者：宋琦国防科技大学

学位级别：硕士

针栓喷注器构造简单、流量调节范围宽、具有燃烧效率高和燃烧稳定等特点,因此被广泛用于变推力液体火箭发动机。现将针栓喷注器与燃烧型空气加热器结合起来,用于研制变工况空气加热器,本文通过试验研究和数值仿真计算两种方法研究了三... 详细信息

针栓喷注器构造简单、流量调节范围宽、具有燃烧效率高和燃烧稳定等特点,因此被广泛用于变推力液体火箭发动机。现将针栓喷注器与燃烧型空气加热器结合起来,用于研制变工况空气加热器,本文通过试验研究和数值仿真计算两种方法研究了三组元针栓喷注器流量特性、雾化特性和空气加热器的燃烧性能,其结果可为变工况空气加热器的设计提供一定的参考价值。首先,通过试验研究了三组元针栓喷注器流量特性,验证了各组元流量系数随喷注压降的变化关系,研究了一个组元的流量特性是否受到其他组元流动过程的影响,同时研究了酒精针栓头结构变化对酒精喷孔流量特性的影响。结果表明:酒精出口节流总面积一定时,酒精流动距离越短、喷孔数量越多、向上倾斜角度越小,造成的压力损失越小;由于空气的可压缩性,空气喷注压降大于液氧喷注压降时,空气会对液氧环缝造成一定的阻塞。其次,使用高速摄影相机和马尔文激光测量仪研究了三组元针栓喷注器的雾化特性,得到了各组元喷注压降对雾化锥角、SMD和粒径分布均匀度指数的影响,同时研究了酒精针栓头结构变化对喷注器雾化特性的影响。结果表明空气和液氧模拟介质喷注压降越大,雾化锥角越小;酒精出口节流总面积为定值时,增加酒精喷孔个数将使雾化锥角分布更加均匀;沿轴向方向随着距离的增加,液滴SMD和粒径分布均匀度指数减小,到达一定值后,二者不再变化;空气、液氧模拟介质的喷注压降越大,对酒精模拟介质液滴的破碎力度越大,雾化效果越好。最后通过数值仿真计算研究了结构参数对空气加热器燃烧性能的影响。结果表明空气加热器特征长度和燃烧室直径这两个关键参数会对燃烧效率产生较大的影响,而改变针栓喷注器结构参数对空气加热器燃烧效率影响较小,对加热器内部燃烧流场影响较大。

关键词：空气加热器针栓喷注器雾化燃烧数值仿真

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空气加热器振动信号的测量与处理研究

计算机测量与控制 2014年第7期22卷 2031-2032,2036页

作者：章萌张增利唐云龙西安航天动力试验技术研究所西安710100

针对火箭发动机试验中某加热器振动信号的测量和处理问题,首先在加热器某测点上冗余配置了两种不同型号的加速度计,完成了其振动加速度信号的测量;之后,基于MATLAB编程方法实现了加热器振动加速度信号消除趋势项和平滑预处理,通过对两... 详细信息

针对火箭发动机试验中某加热器振动信号的测量和处理问题,首先在加热器某测点上冗余配置了两种不同型号的加速度计,完成了其振动加速度信号的测量;之后,基于MATLAB编程方法实现了加热器振动加速度信号消除趋势项和平滑预处理,通过对两种预处理结果的比较分析,得到了最终合理的振动加速度信号;最后,将振动加速度信号进行了频域二次积分解析运算,得到了其振动位移量信号;试验结果验证了信号测量的可靠性和处理结果的有效性和准确性,从而为加热器振动状况的分析提供了全面、可靠、准确的数据依据。

关键词：空气加热器振动信号测量信号预处理振动位移

太阳能空气加热器管道中填充三角形小翅片扰流器的湍流传热的实验研究(英文)

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2014年第1期22卷 1-10页

作者： Sompol Skullong Pongjet Promvonge Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering at Si Racha Kasetsart University Si Racha Campus Department of Mechanical Engineering Faculty of Engineering King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang

The paper presents an experimental study on the heat transfer and flow friction characteristics in a solar air heater channel fitted with delta-winglet type vortex generators(DWs).The experiments are conducted by varying the airflow rate for Reynolds number in the range of 5000 to 24000 in the test section with a uniform heat-flux applied on the upper channel wall.Firstly,the DW pairs are mounted only at the entrance of the lower wall of the test channel(called DW-E)to create multiple vortex flows at the entry.The effect of two transverse pitches(RP Pt/H 1 and 2)at three attack angles(α30°,45°and 60°)of the DW-E with its relative height,b/H 0.5(half height of channel)is examined.Secondly,the 30°DWs with three different relative heights(b/H 0.3,0.4 and0.5)are placed on the upper wall only(absorber plate,called DW-A)of the test channel.The experimental result reveals that in the first case,the 60°DW-E at RP1 provides the highest heat transfer and friction factor while the30°DW-E at RP1 performs overall better than the others.In the second case,the 30°DW-A at b/H 0.5 yields the highest heat transfer and friction factor but the best thermal performance is found at b/H 0.4.

关键词：涡流发生器空气加热器太阳能通道实验翼梢小翼湍流对流相对高度

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高焓高压空气加热器壁面传热过程数值计算

国防科技大学学报 2013年第1期35卷 33-38页

作者：冯军红沈赤兵赵芳国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

以一种高焓高压空气加热器为研究对象,对其冷却通道的流动和传热进行了三维数值仿真,冷却剂采用液态水,燃烧室和喷管分别采用不同的壁面材料,考虑壁面材料物性随温度的变化,并通过加热器热试验证了数值仿真结果的正确性。在此基础上,对... 详细信息

以一种高焓高压空气加热器为研究对象,对其冷却通道的流动和传热进行了三维数值仿真,冷却剂采用液态水,燃烧室和喷管分别采用不同的壁面材料,考虑壁面材料物性随温度的变化,并通过加热器热试验证了数值仿真结果的正确性。在此基础上,对比分析了气体辐射、冷却通道结构以及冷却水的流动方式对壁面换热的影响。结果表明:气体辐射对加热器燃烧室段壁面换热影响较大,对喷管壁面换热无明显的影响。在传热计算中,忽略气体辐射会引起较大的误差;冷却通道数和宽度存在最优组合,使得壁面换热量最大。冷却水的流动方式对燃气侧壁面温度影响较小,但对冷却液侧壁面温度的影响较大。

关键词：空气加热器数值仿真传热辐射冷却通道

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液氧与气氧对空气加热器燃烧流场的影响分析

国防科技大学学报 2012年第4期34卷 43-48页

作者：冯军红沈赤兵赵芳国防科技大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

针对一种基于液体火箭发动机燃烧室结构的空气加热器,采用数值仿真技术研究了加热器内部喷雾燃烧、燃气掺混以及出口流场分布等参数。分析对比了采用酒精/液氧/空气与酒精/气氧/空气两种不同氧化剂物态三组元同轴直流式喷嘴所得到的燃... 详细信息

针对一种基于液体火箭发动机燃烧室结构的空气加热器,采用数值仿真技术研究了加热器内部喷雾燃烧、燃气掺混以及出口流场分布等参数。分析对比了采用酒精/液氧/空气与酒精/气氧/空气两种不同氧化剂物态三组元同轴直流式喷嘴所得到的燃烧流场的区别,并通过改变燃烧室特征长度,分析了两种计算工况的加热器的性能差异。结果表明,喷入氧化剂的物态对燃烧流场影响较大,采用液氧喷嘴的火焰较长,气氧喷嘴的火焰分布较宽,且相对于液氧喷嘴,气氧喷嘴的燃烧室前端回流区由于掺混较多的燃气,导致喷注面板附近燃气温度较高,面板承热压力较大。设计的加热器均可保证两种喷嘴的出口流场品质较高,在保证流场出口品质的原则上,气氧喷嘴的燃烧室特征长度可至少小于液氧喷嘴的1/4。

关键词：空气加热器燃烧液氧气氧数值仿真