高温熔盐桨叶换热器研究

发布时间：2017-10-17 16:00

  本文关键词：高温熔盐桨叶换热器研究

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【摘要】：桨叶换热器是一种间接搅拌型换热设备,由壳体、上盖、热轴、空心桨叶以及旋转接头等组成,加热介质一般为热水、蒸汽和导热油,工作温度范围在常温到300℃之间。高温熔盐是一种优良的传热蓄热介质,尤其是硝酸熔盐,具有熔点低、腐蚀性低、比热容大、热稳定性好等优点。本文作者研制了一种使用硝酸熔盐作为加热工质的桨叶换热器,可将桨叶换热器的工作温度范围拓宽至300～600℃。但是,高温熔盐在桨叶换热器内的流动和传热特性,还缺乏基础的研究数据；旋转接头作为关键部件,目前使用温度一般不超过300℃,使用温度在300～600℃的高温熔盐旋转接头还有待研究。首先,本文采用数值模拟的方法对高温熔盐在桨叶热轴内的流动与换热特性进行研究,得到了基础的流动与换热数据。模拟结果表明：桨叶热轴的压降主要由高温熔盐流经流通孔和空心桨叶而产生,空心桨叶的换热量占总换热量的75%左右。其次,设计了一种高温熔盐旋转接头,搭建了静态高温熔盐旋转接头装置,研究静止状态下高温熔盐旋转接头的温度特征和密封特性。通过实验观察了固态熔盐的熔化和加热过程,得到了旋转接头的稳态和动态的温度特征；定性观察了旋转接头静止状态下的泄漏情况,在450℃～500℃高温熔盐下,工作约150小时未发生泄漏。最后,建立了在高温熔盐流动条件下旋转接头热特性数值模型,模拟旋转接头尤其是密封结构的温度分布并计算旋转接头高温热应变；提出了外部冷却和内部隔热的旋转接头性能改进理论方案,进行了数值分析,数值结果表明：采用外部冷却和内部隔热相结合的方式,能够有效降低密封结构的温度。
【关键词】：高温熔盐 桨叶换热器 旋转接头 数值模拟 热应变
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 课题背景11
• 1.2 高温熔盐及其应用11-16
• 1.2.1 高温熔盐的种类11-12
• 1.2.2 高温熔盐流动与换热研究进展12-13
• 1.2.3 高温熔盐作为传热蓄热材料的应用及设备13-16
• 1.3 高温熔盐桨叶换热器16-18
• 1.4 旋转接头概述18-22
• 1.4.1 旋转接头的分类18-21
• 1.4.2 旋转接头的性能21
• 1.4.3 影响泄漏的因素21-22
• 1.5 本文主要工作内容22-23
• 2 高温熔盐桨叶热轴流动与传热模拟23-50
• 2.1 数学模型23-25
• 2.1.1 基本控制方程23-25
• 2.1.2 湍流模型25
• 2.2 单组桨叶内部流动与换热特性研究25-43
• 2.2.1 网格划分和求解25-30
• 2.2.2 给定边界条件下的数值仿真结果30-33
• 2.2.3 独立性校核33-34
• 2.2.4 流动特性数据分析34-39
• 2.2.5 换热特性数据分析39-43
• 2.3 桨叶热轴数值模拟43-47
• 2.3.1 网格划分和求解43
• 2.3.2 计算结果与数据分析43-47
• 2.4 高温熔盐桨叶热应变仿真47-49
• 2.4.1 热弹性模型47-48
• 2.4.2 高温熔盐桨叶热应变48-49
• 2.5 本章小结49-50
• 3 高温熔盐旋转接头实验研究50-65
• 3.1 高温熔盐旋转接头静态实验装置50-54
• 3.1.1 高温熔盐旋转接头50-52
• 3.1.2 加热器52-53
• 3.1.3 数据采集53-54
• 3.2 高温熔盐旋转接头实验过程54-57
• 3.2.1 实验准备54-55
• 3.2.2 实验步骤55-57
• 3.3 实验数据分析57-61
• 3.3.1 高温熔盐及旋转接头温升曲线57-60
• 3.3.2 旋转接头壁面温度分布60-61
• 3.3.3 定性观察旋转接头密封性61
• 3.4 高温熔盐旋转接头动态实验61-64
• 3.4.1 动态实验装置61-62
• 3.4.2 实验过程62-63
• 3.4.3 实验数据分析63-64
• 3.5 本章小结64-65
• 4 高温熔盐旋转接头数值模拟65-75
• 4.1 高温熔盐旋转接头传热模拟65-68
• 4.1.1 单通路高温熔盐旋转接头几何模型65-66
• 4.1.2 网格划分和求解66
• 4.1.3 数值模拟结果与分析66-68
• 4.2 高温熔盐旋转接头热应变68-69
• 4.3 高温熔盐旋转接头改进69-74
• 4.3.1 外部冷却69-71
• 4.3.2 内部隔热71-73
• 4.3.3 内部隔热与外部冷却相结合73-74
• 4.4 本章小结74-75
• 5 结论与展望75-76
• 5.1 结论75
• 5.2 下一步工作75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录81

【参考文献】

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本文编号：1049722