濕空氣透平循環(huán)中飽和器濕化過程實驗研究與機理分析.pdf

1、濕空氣透平循環(huán)(HumidAirTurbineCycle,簡稱HAT循環(huán)),具有高效率、高比功、低污染等一系列優(yōu)點,飽和器是影響濕空氣透平循環(huán)性能的重要部件。國內(nèi)外對濕空氣透平循環(huán)的研究,主要是側(cè)重于系統(tǒng)總體性能,而對飽和器的研究則主要針對有后冷HAT循環(huán)飽和器,對無后冷HAT循環(huán)飽和器的研究報道則較少。本文在研究了有后冷HAT循環(huán)飽和器的基礎(chǔ)上,嘗試利用實驗研究和理論分析的方法,對無后冷HAT循環(huán)飽和器的性能進行探索性的研究,并且,對

2、兩種飽和器進行比較和分析。無后冷HAT循環(huán)飽和器的特點在于壓氣機出口空氣直接(或再加熱后)進入飽和器,在飽和器中是熱空氣冷水的傳熱傳質(zhì)過程,與有后冷HAT循環(huán)飽和器相比有其獨特的特點。本文從實驗和理論兩個方面對兩種飽和器的性能開展了全面的研究和比較。實驗研究方面包括:(1)利用激光多普勒動態(tài)粒子分析儀(PDA),對飽和器噴嘴霧化粒徑進行了實驗測量研究。首先,對噴嘴壓力與流量關(guān)系進行了實驗測量,其次,利用PDA測量了HH系列噴嘴與Spra

3、y系列噴嘴的霧化粒徑與壓力的關(guān)系,并分析了噴霧粒徑對飽和器性能的影響。(2)建立了HAT循環(huán)飽和器的實驗臺,用于研究無后冷和有后冷兩種類型HAT循環(huán)飽和器的性能。主要研究了進口空氣溫度、水氣比對于飽和器性能的影響,具體包括對飽和器出口空氣溫度、出口水溫、出口相對含濕量的影響。通過實驗研究發(fā)現(xiàn),該種情況下實驗臺所能達到的最大出口絕對含濕量0.034Kg/Kg,相對含濕量可接近100％,實現(xiàn)了較好的加濕效果。(3)對無后冷HAT循環(huán)飽和器性

4、能測試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),隨著入口空氣溫度的增加,飽和器的出口含濕量增加,即飽和器加濕能力加強;而水氣比的增加使得飽和器出口相對含濕量增加,但絕對含濕量減小,其主要原因在于出口濕空氣溫度對絕對含濕量的影響。理論方面,根據(jù)水和蒸汽的IAPWS-IF97方程和空氣的實際狀態(tài)方程建立了濕空氣物性模型,在此物性模型的基礎(chǔ)上,建立了有后冷和無后冷HAT循環(huán)飽和器的一維逆流分布參數(shù)模型,對該飽和器進行了性能分析計算。具體工作如下:(1)分析了無后冷HAT

5、循環(huán)中飽和器內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)機理,由此建立了該飽和器的一維數(shù)學(xué)模型,列出了飽和器的控制方程,方程采用改進的歐拉方法對方程進行了離散,然后利用C++編寫程序來求解飽和器性能。(2)分析研究了水氣比、進口空氣溫度、壓力等進口參數(shù)對無后冷HAT循環(huán)飽和器性能的影響。通過計算發(fā)現(xiàn),區(qū)別于有后冷HAT飽和器,無后冷HAT循環(huán)飽和器除了能降溫加濕之外,還可能存在降溫減濕的現(xiàn)象,其原因在于該類型飽和器可能存在冷水飽和壓力低于入口空氣中水蒸汽分壓力的現(xiàn)象

6、。因此,需要特別注意該類型飽和器的進口參數(shù)的設(shè)計,以達到加濕的目的。(3)理論研究發(fā)現(xiàn),進口空氣溫度以及進口水溫的增加能使得飽和器的加濕能力提高,而進口空氣壓力的提高則使得飽和器加濕能力減弱。并且,將理論研究與實驗數(shù)據(jù)進行了比較,發(fā)現(xiàn)兩者基本相符。此外,理論研究還給出了飽和器內(nèi)各參數(shù)隨著高度方向的分布情況,從而為飽和器的優(yōu)化設(shè)計提供理論指導(dǎo)。(4)通過對本文研究的無后冷HAT循環(huán)飽和器與有后冷飽和器的比較發(fā)現(xiàn),前者性能受進口氣溫影響較大