油汽掺混器性能分析与结构设计

摘要

燃气轮机化学回热循环是一种新的先进循环方式，它可以大幅度提高燃气轮机的效率，降低污染物排放。油汽掺混器是化学回热循环的重要组成部分，柴油和水蒸气在掺混器中混合换热，并蒸发成气体，然后由掺混器分配到换热器中各个进口，进入到换热器中进行换热。本文研究的目的是设计出一种切实可行的油汽掺混器，并对其进行性能分析，探讨影响掺混器性能的因素及影响规律。
　　 本文用数值仿真的方法模拟油汽掺混器中的流动过程，从而设计可靠的掺混器结构和喷嘴结构。要求整个回热器结构紧凑，所以油汽掺混器的体积被严格限制。为了使换热管的进口处流量均衡，要求掺混器轴向压力和流速分布均匀，从而使换热管进口处的压力相等。
　　 本文通过在油汽掺混器中设置挡板来增大压力较高处的流动阻力，从而平衡不同高度上的压力，进而调节换热管中的流量。通过对设置各种挡板结构的掺混器进行数值模拟，得出不同的掺混器结构对流量均匀性的影响规律，从而设计出合理的结构。另外，采用离散相模型模拟柴油的喷射和蒸发过程，计算了不同喷嘴结构和工作参数下柴油的雾化效果，从而设计出一个合适的喷嘴，使柴油的雾化效果达到蒸发室的设计要求，从而保证柴油在掺混器中能够充分地蒸发成柴油蒸汽。
　　 本文从掺混器的作用原理出发，详细地分析了掺混器中的流动过程，并对流动过程进行大量的数值计算，从这些计算结果中分析掺混器内部结构对各换热管进口流量的影响规律，总结出采用双挡板或三挡板结构时能满足换热管中流量均匀性要求的结论。对柴油的雾化和蒸发过程进行数值模拟，结果表明，采用合适的单路离心喷嘴时，油喷入掺混器和过热水蒸气混合能迅速地蒸发。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3论文的主要研究内容

第2章掺混器的设计理论

2.1引言

2.2物理模型

2.3数学模型

2.4计算方法及边界条件的设定

2.5本章小结

第3章掺混器的数值结果分析与结构设计

3.1引言

3.2单挡板结构

3.3双挡板和三挡板结构

3.4变工况计算及分析

3.5本章小结

第4章蒸发室的设计理论

4.1气液两相流理论

4.1.1气液两相流的流型

4.1.2管内气液两相流的基本参数

4.1.3气液两相流理论模型

4.1.4喷嘴雾化理论

4.1.5喷嘴性能与雾化质量

4.2蒸发室的数学模型

4.2.1气相控制方程

4.2.2离散相模型

4.2.3两相耦合方程

4.3蒸发室的几何模型及求解过程

4.3.1物理模型及计算设置

4.3.2求解过程

4.4本章小节

第5章蒸发室的数值结果分析与喷嘴的设计

5.1稳态模拟结果分析

5.1.1气相参数结果分析

5.1.2颗粒相结果分析

5.2非稳态模拟结果分析

5.3压力旋流喷嘴的设计

5.3.1设计方法

5.3.2设计过程

5.3.3设计结果

5.4本章小节

结论

参考文献

致谢