湿化器内气液两相能量传递与利用的研究
发布时间：2021-04-14 17:25
为了精准描述湿空气燃气轮机循环中湿化器内部气液两相间的传热传质过程,建立了湿化器内部理论计算模型,并利用不同工况下实验数据验证了湿化器计算模型的准确性。利用该模型计算得到了湿化器内水气温度、湿度沿湿化器高度方向的分布规律,结合实验数据分析了气液两相间的显热潜热传递及火用值和火用效率的分布情况。结果表明:水与空气间传热传质的推动力大小沿湿化器高度变化,空气在湿化器底部迅速降温,达到饱和状态,此阶段显热传递占据主导地位;进入填料阶段后,随着加湿过程的进行,潜热传递逐渐占据主导地位;火用损失主要集中在底部位置,合理安排进气条件可提升湿化器整体性能。
【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(10)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
湿化器示意及模型分解图
图2为湿化器内气液温度、湿度沿湿化器高度的变化情况。横坐标代表湿化器高度,最小值为分布器出口处测量点,最大值为顶部出气位置。由图2可知,水气温度分别沿其流动方向先降低后升高,湿空气的绝对含湿量沿高度方向逐渐增加,而相对湿度在湿化器底部便迅速达到100%。高温空气流经气体分布器,首先撞击湿化器底部蓄水池水面。由于空气温度高于水温,气液两相间存在较大温差,发生强烈的传热和传质,湿空气温度迅速下降,含湿量迅速增加达到饱和状态。湿化器底部水量较多,与高温空气接触后水温略微有所上升,水气温度在填料处接近相等。填料段内气液温差一直较小,水温略高于气温,但两相间仍然存在对流换热,湿空气温度升高,由饱和状态转为不饱和状态,水分子吸收热量转化为水蒸气,进入湿空气。空气湿球温度是指等焓情况下,空气中水蒸气达到饱和时的空气温度,即仅通过蒸发水分所能达到的最低温度。干湿球温差代表着湿空气可以被加湿的程度。湿化器底部高温空气含湿量低,湿球温度远低于干球温度,两相间传质推动力较大。当空气与水接触降温增湿,相对湿度趋于100%,故35%～55%高度干球温度略大于湿球温度。约在55%高度位置湿空气达到饱和状态并一直维持,此阶段干湿球温度基本重合,也就是说两相间传质推动力较小。在湿化器顶部,水温明显高于气温,水温下降较为迅速,湿空气的温度持续升高,含湿量增大,相对湿度保持在100%。
湿化器顶部水温最高,显热传递量有所增加。湿化器顶部布置有喷嘴,滴落的水滴与湿空气直接接触,水分子蒸发后先在表面形成一层饱和空气薄膜,水与湿空气之间的传热和传质过程都通过这层薄膜进行。根据道尔顿定律,水蒸气由饱和空气薄膜向湿空气侧扩散,扩散速度取决于两者的水蒸气分压力之差。水蒸气分压力与温度相关,湿化器顶部位置水温高,气液交界面水蒸气分压力大,意味着传质推动力也相应变大。蒸发传热量远大于对流传热量,传质伴随的潜热传递量对总传热量的贡献更大,潜热传递逐渐占据主导地位。3.3 火用值分布规律
【参考文献】：
期刊论文
[1]10MW级HAT循环试验系统配置与热力性能研究[J]. 刘全亮,王波,赵丽凤,张士杰,肖云汉. 燃气轮机技术. 2019(03)
[2]一种基于通用传热传质系统的新型饱和器的动态建模方法（英文）[J]. 黄地,周登极,张会生,苏明,翁史烈. Journal of Central South University. 2018(05)
[3]航改燃气轮机的湿空气透平循环改型方案研究[J]. 陈金伟,梁茂宗,黄地,张会生. 热能动力工程. 2017(06)
[4]新型填料湿化器热力性能实验研究[J]. 刘建建,徐震,肖云汉. 工程热物理学报. 2010(09)
[5]HAT循环饱和器数学模型及实验研究[J]. 李一兴,王玉璋,翁史烈,王永泓. 燃气轮机技术. 2006(04)
[6]HAT循环饱和器工质计算分析及效率[J]. 李一兴,王玉璋,翁史烈,王永泓. 热能动力工程. 2006(02)
[7]逆流喷雾式饱和器内湿化过程的实验研究[J]. 王玉璋,李一兴,翁史烈,王永泓. 热能动力工程. 2005(04)
[8]逆流式空气湿化器加湿性能的实验研究[J]. 王玉璋,翁史烈,李一兴,王永泓. 中国电机工程学报. 2004(08)
博士论文
[1]HAT循环空气湿化过程研究[D]. 徐震.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2006
本文编号：3137715
【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(10)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
湿化器示意及模型分解图
图2为湿化器内气液温度、湿度沿湿化器高度的变化情况。横坐标代表湿化器高度,最小值为分布器出口处测量点,最大值为顶部出气位置。由图2可知,水气温度分别沿其流动方向先降低后升高,湿空气的绝对含湿量沿高度方向逐渐增加,而相对湿度在湿化器底部便迅速达到100%。高温空气流经气体分布器,首先撞击湿化器底部蓄水池水面。由于空气温度高于水温,气液两相间存在较大温差,发生强烈的传热和传质,湿空气温度迅速下降,含湿量迅速增加达到饱和状态。湿化器底部水量较多,与高温空气接触后水温略微有所上升,水气温度在填料处接近相等。填料段内气液温差一直较小,水温略高于气温,但两相间仍然存在对流换热,湿空气温度升高,由饱和状态转为不饱和状态,水分子吸收热量转化为水蒸气,进入湿空气。空气湿球温度是指等焓情况下,空气中水蒸气达到饱和时的空气温度,即仅通过蒸发水分所能达到的最低温度。干湿球温差代表着湿空气可以被加湿的程度。湿化器底部高温空气含湿量低,湿球温度远低于干球温度,两相间传质推动力较大。当空气与水接触降温增湿,相对湿度趋于100%,故35%～55%高度干球温度略大于湿球温度。约在55%高度位置湿空气达到饱和状态并一直维持,此阶段干湿球温度基本重合,也就是说两相间传质推动力较小。在湿化器顶部,水温明显高于气温,水温下降较为迅速,湿空气的温度持续升高,含湿量增大,相对湿度保持在100%。
湿化器顶部水温最高,显热传递量有所增加。湿化器顶部布置有喷嘴,滴落的水滴与湿空气直接接触,水分子蒸发后先在表面形成一层饱和空气薄膜,水与湿空气之间的传热和传质过程都通过这层薄膜进行。根据道尔顿定律,水蒸气由饱和空气薄膜向湿空气侧扩散,扩散速度取决于两者的水蒸气分压力之差。水蒸气分压力与温度相关,湿化器顶部位置水温高,气液交界面水蒸气分压力大,意味着传质推动力也相应变大。蒸发传热量远大于对流传热量,传质伴随的潜热传递量对总传热量的贡献更大,潜热传递逐渐占据主导地位。3.3 火用值分布规律
【参考文献】：
期刊论文
[1]10MW级HAT循环试验系统配置与热力性能研究[J]. 刘全亮,王波,赵丽凤,张士杰,肖云汉. 燃气轮机技术. 2019(03)
[2]一种基于通用传热传质系统的新型饱和器的动态建模方法（英文）[J]. 黄地,周登极,张会生,苏明,翁史烈. Journal of Central South University. 2018(05)
[3]航改燃气轮机的湿空气透平循环改型方案研究[J]. 陈金伟,梁茂宗,黄地,张会生. 热能动力工程. 2017(06)
[4]新型填料湿化器热力性能实验研究[J]. 刘建建,徐震,肖云汉. 工程热物理学报. 2010(09)
[5]HAT循环饱和器数学模型及实验研究[J]. 李一兴,王玉璋,翁史烈,王永泓. 燃气轮机技术. 2006(04)
[6]HAT循环饱和器工质计算分析及效率[J]. 李一兴,王玉璋,翁史烈,王永泓. 热能动力工程. 2006(02)
[7]逆流喷雾式饱和器内湿化过程的实验研究[J]. 王玉璋,李一兴,翁史烈,王永泓. 热能动力工程. 2005(04)
[8]逆流式空气湿化器加湿性能的实验研究[J]. 王玉璋,翁史烈,李一兴,王永泓. 中国电机工程学报. 2004(08)
博士论文
[1]HAT循环空气湿化过程研究[D]. 徐震.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2006
本文编号：3137715
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