燃气轮机间冷器采用纳米流体强化换热的应用研究

摘要

近年来,大功率燃气轮机成为各国研发的重点,采用复杂循环可以提高燃气轮机的性能。在间冷循环燃气轮机中,由于间冷器所在的空间比较狭小,要求间冷器尽量紧凑,因此,需要研制重量轻、体积小和传热性能好的高效紧凑式换热器。随着对热交换设备换热表面强化传热技术研究的不断深入,换热工质的传热性能已经成为影响热交换设备高效紧凑性能的一个主要因素。纳米流体是一种新型的换热工质,其导热系数非常高,在换热领域具有非常巨大的发展潜力。
　　以WR-21燃气轮机为例,介绍了燃气轮机的间冷系统和间冷器的设计要求。并针对某燃气轮机间冷系统,分别以水、浓度为50％的乙二醇水溶液及以水和乙二醇水溶液为基液、体积分数为1%~5%的纳米流体作为换热工质,计算间冷系统的换热情况。根据计算结果可知,用纳米流体作为换热工质不仅能满足间冷器的换热要求,还能改善换热情况。最重要的是能明显减少换热工质的体积流量和海水的质量流量。
　　为了研究纳米流体在燃气轮间冷器中的传热特性,设计了板翅式换热器的传热试验系统。介绍了实验原理、试验系统的组成与试验内容,重点介绍了试件的结构设计和在设计过程中需要注意的问题。分别以水和纳米流体作为换热工质,对所设计的试验系统的换热情况进行了计算。计算结果与某燃气轮机间冷系统的计算结果相似,证明通过该试验系统可以模拟燃气轮机的间冷系统,为验证纳米流体在燃气轮机间冷系统中的应用提供依据。

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图表目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 燃气轮机间冷技术的发展与现状

1.3 纳米技术的发展及其研究现状

1.4本文研究的主要内容

第二章 纳米流体强化传热机理及基础热物性模型

2.1 纳米流体强化传热的基本理论

2.2 纳米流体的热物性模型

2.3 纳米流体物性参数的计算结果

2.4 本章小节

第三章 换热器传热的基础理论

3.1 板翅式换热器传热性能的理论分析

3.2 板翅式换热器的工作特点

3.3 换热器中传热过程的强化

3.4 本章小结

第四章 纳米流体在燃气轮机间冷器中的应用研究

4.1 燃气轮机几种循环形式

4.2 间冷系统的概况

4.3 纳米流体应用于间冷系统的计算分析

4.4 本章小结

第五章 纳米流体在间冷系统中应用的实验设计

5.1 试验原理

5.2 试验系统

5.3 试件设计

5.4 试验系统的计算结果

5.5 试验内容及过程

5.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录（一） 攻读硕士期间发表论文