柴油機廢熱利用發(fā)電模型設(shè)計研究

1、. . . . 柴油機廢熱利用發(fā)電模型設(shè)計研究摘要為了凈化大氣環(huán)境和利用可再生能源，使人類社會得到可持續(xù)發(fā)展，本文以回收柴油機廢熱熱源為目的，開展了柴油機廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的研究。文中在對國外相關(guān)領(lǐng)域進行了充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實際狀況，針對柴油機廢氣余熱發(fā)電特點，對現(xiàn)行的柴油機廢熱利用設(shè)備進行比較，選擇了具有低沸點綠色環(huán)保R134a為工質(zhì), 由蒸發(fā)器、冷凝器、汽輪-發(fā)電機組等主要部件組成的有機朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)模型。文中以熱力學理論為基礎(chǔ)，計算了柴油機廢熱發(fā)電系統(tǒng)的運行參數(shù)和各主要組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算了系統(tǒng)發(fā)出的電量，并對電量儲能設(shè)計了實驗電路。同時從熱交換器換熱理論出發(fā)，建立了表征工質(zhì)-水

2、冷凝器傳熱數(shù)學模型，針對小型殼管式冷凝器編制了穩(wěn)態(tài)傳熱仿真程序，利用該仿真程序分析討論了工質(zhì)R134a和冷卻水的入口溫度和流量對冷凝器傳熱性能的影響。探討了冷凝器結(jié)構(gòu)尺寸隨著工質(zhì)和冷卻水壓力、溫度、流速之間的變化關(guān)系。本文提出了汽輪機噴管的優(yōu)化設(shè)計，利用有限元法，通過matlab軟件，對噴管的模型進行數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在一樣入口勢差條件下，計算出錐型噴管結(jié)構(gòu)最優(yōu)。該項實驗設(shè)計模型不僅可以應(yīng)用于柴油機廢熱發(fā)電的研究，同樣適用于艦船、客車等大型交通工具的廢熱發(fā)電，而且對地熱、太陽能與海洋溫差發(fā)電均有參考價值。關(guān)鍵詞柴油機；廢氣余熱發(fā)電；有機朗肯循環(huán)Diesel Engine Waste Gas

3、Heat Generation Research Based on Organic Rankine Cycle AbstractIn order to clean atmosphere environment, utilize reproducible energy and bring human society sustaining development, the paper researches into a diesel engine waste-heat power generation system with the purpose of the recovery of a die

4、sel engine waste-heat resource.Based on the research of the related fields home and abroad and combined work condition, in allusion to the feature of diesel engine waste-heat generation and spaces occupied, the comparison were made between the current equipments utilizing diesel engine waste-heat an

5、d the working fluidR134a with the low boiling point and the function of protecting environment is chosen, the evaporator, condenser, steam turbine-generator group and so on compose the organic Rankine cycle thermal system model. Based on the thermodynamics,the operational parameters is calculated, m

6、ainly parts structure parameter is calculated in power generation system, the gained power generation is calculated in system, designed experimental circuit for depositing power. At the same time, the thermal mathematic model of working-fluid water condenser is established and the steady diathermanc

7、y program is worked out in a allusion to the mini-type Shell-and-Tube condenser. Utilizingthis simulated program, it analyzes that R134a and cooling water affect to the diathermanous performance of condenser, discusses the condenser structure depending on the working-fluid, cooling water, temperatur

8、e, velocity of flow. The paper brings forward optimized design of the steam turbine-generator jet nozzle, utilizing finity-element method，by matlab software, numerically simulates the structure model of nozzle. At the same condition of difference in potential, it calculates that the structure of con

9、ical jet nozzle is optimized.The experimental model is not only applied to the research on diesel engine waste-heat power generation, but also could be applicable forthe waste-heat power generation of ships, trucks and so on. Besides, it can be available in the geothermal, solar and ocean thermal gr

10、adient power generation. Keywords diesel engine；waste heat；organic Rankine cycle(ORC)不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印48 / 52目錄摘要Abstract.第1章 緒論11.1 國外柴油機廢熱利用技術(shù)發(fā)展概況11.2 課題容與意義3第2章 基于朗肯循環(huán)的柴油機廢熱發(fā)電模型系統(tǒng)與主要參數(shù)熱力計算52.1 柴油機廢熱利用的空間和特點52.2 柴油機可供利用的最大熱量52.3 柴油機廢熱發(fā)電模型62.3.1 柴油機尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中的朗肯循環(huán)62.3.2 工質(zhì)的選擇72.3.3 蒸發(fā)器壓力和冷凝器壓力的確定82

11、.3.4 系統(tǒng)的運行參數(shù)計算92.4 本章小結(jié)11第3章 系統(tǒng)的換熱元件結(jié)構(gòu)設(shè)計123.1 冷凝器的換熱過程與其設(shè)計123.1.1 冷凝方式的確定123.1.2 冷凝器結(jié)構(gòu)與尺寸計算133.1.3 冷凝特性的數(shù)值仿真173.2 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定233.3 本章小結(jié)24第4章 汽輪機噴管數(shù)值模擬與儲能充電電路設(shè)計264.1 噴管的數(shù)值模擬264.1.1 噴管出口流速的計算264.1.2 噴管的結(jié)構(gòu)模型264.1.3 數(shù)值模擬274.1.4 計算結(jié)果284.2 充電電路設(shè)計294.3 本章小結(jié)32結(jié)論33致34參考文獻35附錄A37錄B42附錄C45千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在

12、目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 國外柴油機廢熱利用技術(shù)發(fā)展概況柴油發(fā)動機排放的氣體包括一氧化碳、未燃凈的碳氫化合物、水、一氧化氮、氮、氫、硫以與各類微量元素如鉛、溴等。一般來說,水占13%,氫占1%2%,一氧化氮占1%5%。其余部分主要由碳氫化合物和氧化氮組成1，表1-1為柴油機尾氣（即汽車排出的廢氣）在不同條件下的化學組成。對柴油發(fā)動機來說，僅由排氣帶走的熱量就占進入發(fā)動機中的燃料所產(chǎn)生的熱量的30%-45%，而殘余廢氣的溫度約在600800。利用這部分逸散到大氣中的廢熱通過朗肯循環(huán)技術(shù)進行余熱發(fā)電，

13、不僅可以節(jié)約能源，而且還會因發(fā)電吸熱降溫對汽車整體性能大有裨益。同時余熱發(fā)電使傳入熱機冷凝器的一部分熱量轉(zhuǎn)化為電能，也有助汽車噪音下降，這可使汽車消音器的結(jié)構(gòu)簡化緊湊，從而減少對環(huán)境噪聲的污染。在發(fā)達的工業(yè)化國家中，汽車尾氣是構(gòu)成大氣污染的主要原因。例如在美國，汽車排放的一氧化碳占美國一氧化碳排放總量的66%，碳氫化合物占48%，氮氧化合物占40%23。目前，國外汽車余熱利用技術(shù)從熱源來看，分為利用發(fā)動機冷卻水余熱和利用排氣余熱兩種。從用途上來看，有廢氣渦輪增壓，制冷空調(diào)、發(fā)電、采暖、改良燃料等方式5。而本文主要研究對象是如何利用柴油機廢熱利用發(fā)電模型。利用廢氣能量發(fā)電的方法基本有以下三種，分

14、別為利用半導體溫差發(fā)電、氟龍透平發(fā)電和廢氣渦輪發(fā)電。(1)半導體溫差發(fā)電隨著半導體材料與其加工技術(shù)的發(fā)展，金屬導體熱電轉(zhuǎn)化效率逐漸提高,利用半導體溫差發(fā)電在動力疇有了應(yīng)用的可能。資料表明:半導體溫差發(fā)電材料的熱電轉(zhuǎn)化效率可達3.3，甚至是7%。圖1-2是溫差發(fā)電原理圖。大學的董桂田通過試驗證明用柴油發(fā)動機廢氣余熱溫差發(fā)電能夠取代傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機14。其原理為將兩種不同類型的熱電轉(zhuǎn)換材料N和P的一端結(jié)合并將其置于高溫狀態(tài)，另一端開路并給以低溫時，由于高溫端的熱激發(fā)作用較強，空穴和電子濃度比低溫端高，在這種載流子濃度梯度的驅(qū)動下，空穴和電子低溫端擴散，從而在低溫開路端形成電勢差。溫差發(fā)電使排氣溫度

15、降低導致排氣壓力減少，有助柴油機噪聲水平下降。1，2 高溫反應(yīng)器 3，4 低溫反應(yīng)器 5 氣水換熱器 6 風機盤管 7，8 電磁三通閥 915 空氣管路三通閥 16，17 氫氣流量調(diào)節(jié)閥 18 水泵 19 室外空氣風機 20 室空氣風機 21，22 氫氣管路圖1-1 汽車空調(diào)兩級金屬氫化物制冷系統(tǒng)循環(huán)同時溫差發(fā)電本身是靜態(tài)下能量轉(zhuǎn)換，沒有旋轉(zhuǎn)部件，勿需傳動系統(tǒng)。但由于熱電轉(zhuǎn)換效率低，只能利用發(fā)動機廢熱的一小部分，有待于進一步提高熱電轉(zhuǎn)換效率和尋找具有更高熱電轉(zhuǎn)換效率的材料。圖 1-2 溫差發(fā)電（seekback效應(yīng)）原理 (2)氟龍透平發(fā)電日本的一色尚次提出了利用發(fā)動機廢熱的氟龍透平發(fā)電裝置1

16、5，該裝置利用一種在比較低的溫度下能成為高壓氣體的低沸點物質(zhì)(通常為氟利昂)作為工質(zhì)，使其在吸收發(fā)動機廢熱后由液態(tài)變?yōu)楦邏赫羝麖亩苿悠啓C發(fā)電。此種裝置在利用低品位熱能方面有優(yōu)勢，其缺陷是系統(tǒng)較為復雜笨重且無工質(zhì)回收裝置。Bliem 首先提出利用氨一水混合物作為循環(huán)工質(zhì)，以柴油機熱源，并用汽輪機排氣預熱工質(zhì)實現(xiàn)廢熱發(fā)電，改善了循環(huán)性能。原理如圖1一3流體進口溫度45，出口溫度326，工質(zhì)從低溫熱源流體吸熱量1290kw，在汽輪機作部絕熱膨脹，汽輪機排氣進冷凝器溫度381，冷卻水帶走熱量1140kw，循環(huán)輸出功率150kw，循環(huán)熱效率11.63%圖 1-3 氨-水混合物朗肯循環(huán) (3)廢氣渦輪

17、發(fā)電大學的鐵相提出利用廢氣能量驅(qū)動渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電的設(shè)想116，并設(shè)計了一種新裝置來實現(xiàn)，獲得專利一項。日本的吉田佑也曾作過此方面的實驗17，證明了利用廢氣能量驅(qū)動渦輪所發(fā)出的電能足以提供汽車運行所需電能，但未做進一步研究。此種裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，但會對發(fā)動機工作性能產(chǎn)生影響，還需要進一步研究。集美航海學院福生，黃凱旋在闡述并分析了廢氣渦輪發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)上，重點闡述閃發(fā)式廢氣渦輪發(fā)電技術(shù)，并就其熱平衡進行了分析。提出了程序設(shè)計框圖與應(yīng)用前景，對廢氣鍋爐重新構(gòu)思和設(shè)計。主要措施有：降低排氣溫度；提高蒸發(fā)量；加裝過熱器。其產(chǎn)生的蒸汽除供給系統(tǒng)加熱、生活雜用之外，完全有能力通過渦輪發(fā)

18、電機在航行中產(chǎn)生電能，從而取代柴油發(fā)電機，以滿足全船電力負荷需求。這種“廢熱發(fā)電”的概念，特別適用于推進功率較大的柴油機船舶。隨著柴油機廢氣參數(shù)的降低，其它廢氣發(fā)電系統(tǒng)很難滿足全船用電需求。而閃發(fā)式廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)在主機相對低輸出段還能很好地滿足船舶用電要求，而且結(jié)構(gòu)上也比多壓系統(tǒng)更為簡單。因此，閃發(fā)式余熱發(fā)電系統(tǒng)不失為一種先進的具有較大適用圍的現(xiàn)代低速柴油機船舶動力裝置余熱發(fā)電裝置，可望得到進一步發(fā)展18。1.2 課題容與意義本文的主要工作：1. 建立以柴油機尾氣為熱源的有機朗肯循環(huán)運行系統(tǒng)，計算出系統(tǒng)運行參數(shù)；2. 組成部件的設(shè)計，確定蒸發(fā)器、冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸，建立冷凝器換熱數(shù)學模型，對冷

19、凝器換熱特性進行仿真分析；3. 對汽輪機噴管進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化；4. 設(shè)計充電控制電路，將產(chǎn)生的電能儲存到蓄電池中。隨著環(huán)保意識的不斷增強, 新能源的開發(fā)和利用越來越受到重視。一方面大型柴油機排放的廢熱對環(huán)境熱污染嚴重；另一方面造成了能源浪費。所以為了社會的可持續(xù)性發(fā)展，廢熱的回收和利用成為發(fā)展中國家和發(fā)達國家都在研究的熱門課題。利用柴油機廢氣余熱發(fā)電，是解決這一問題的有效方法之一。柴油機廢氣余熱發(fā)電模型中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題是所用的蒸發(fā)器與冷凝器之間的溫差小，換熱能力弱，能量轉(zhuǎn)化率低。在利用有機工質(zhì)的雙循環(huán)系統(tǒng)的柴油機廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中,由于氟里昂對大氣產(chǎn)生危害，故采用綠色環(huán)保型工質(zhì)R134a。這樣

20、從根本上減輕了對空氣的熱污染和大氣環(huán)境污染。關(guān)于朗肯循環(huán)運行參數(shù)的確定以與熱交換器的傳熱特性是本文研究的重點之一。另外，本課題研究屬應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在理論上，可以促進電工學、熱力學和流體力學的交叉發(fā)展，該項實驗設(shè)計模型不僅可以應(yīng)用于柴油機廢熱發(fā)電的研究，同樣適用于艦船、客車等大型交通工具的廢熱發(fā)電，而且對地熱、太陽能與海洋溫差發(fā)電均有參考價值。第2章 基于朗肯循環(huán)的柴油機廢熱發(fā)電模型系統(tǒng)與主要參數(shù)熱力計算2.1 柴油機廢熱利用的空間和特點從汽車發(fā)動機的熱平衡來看33，用于動力輸出的功率一般只占燃油燃燒總熱量的30%-45%(柴油機)或20%-30%(汽油機)。以廢熱形式排出車外的能量占燃燒總能量

21、的55%-70%(柴油機)或70%-80%(汽油機)，主要包括循環(huán)冷卻水帶走的熱量和尾氣帶走的熱量。表2-1為燃機的熱平衡表34表2-1燃機的熱平衡熱平衡各分項%汽油機高速柴油機中速柴油機轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃?03030 403545冷卻介質(zhì)帶走的熱量253020251020廢氣帶走的熱量404535403040其他熱量損失5105101015由于車用發(fā)動機特殊的使用場合，柴油機廢熱利用具有鮮明的特點和特殊的要求，可將這些特點簡單歸結(jié)如下：1.柴油機廢熱的品位較低，能量回收較困難；2.廢熱利用裝置要結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，效率高；3.廢熱利用裝置要抗震動，抗沖擊，適應(yīng)汽車運行環(huán)境；4.要保證汽

22、車使用中的安全；5.要不影響發(fā)動機工作特性，避免降低發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性。2.2 柴油機可供利用的最大熱量在發(fā)動機廢熱能量分析都采用能量衡算法34。應(yīng)用這種方法，把發(fā)動機工作時消耗的燃料所發(fā)出的熱量分為轉(zhuǎn)變成有效功的熱量、冷卻介質(zhì)帶走的熱量、廢氣帶走的熱量和其它熱量損失。取型低增壓柴油機為研究對象35,這里假設(shè)柴油機達到熱平衡時，可按熱平衡計算求取排氣帶走的熱量。由于受余熱利用設(shè)備進、出口溫度的限制，能供利用的最大熱量可按下式估算。 (2-1) (2-2)在和 溫度圍，工質(zhì)燃燒產(chǎn)物的平均等壓比熱，估算時，可取1kJ/(kg·) (0.24kcal/kg·)余熱利用設(shè)備前、后

23、的排氣溫度，（為防止余熱利用設(shè)備結(jié)露腐蝕，值一般應(yīng)大于140150）柴油機排氣量，kg/h值可由下式計算式中柴油機功率，kW相應(yīng)功率時的耗油率，kg/(kW·h)每公斤燃油燃燒時所需要的理論空氣量，kg/kg (一般為14.5)過量空氣系數(shù)，四沖程柴油機1.62.2；二沖程柴油機34掃氣系數(shù)，四沖程低增壓1.101.15；四沖程高增壓1.201.25當在294kW運行時,0.238kg/(kW·h)，380，150，1.6，1.1。其排氣可供利用熱量，。2.3 柴油機廢熱發(fā)電模型利用余熱進行電能回收的發(fā)電設(shè)備容量主要應(yīng)根據(jù)余熱源的流量、溫度和需要的電量來確定。余熱發(fā)電系統(tǒng)有

24、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)、氟里昂汽輪機雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、油-氟里昂雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和三氟乙醇（）汽輪發(fā)電系統(tǒng)等363738。煉鐵廠的熾熱焦炭的冷卻裝置和燒結(jié)礦、水泥廠的燒成窯、燃氣輪機等的排煙溫度在4001000之間，回收這些余熱時，可采用蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。該發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)效率為47%左右。對于200400以下的余熱源來說，在進行動力回收時，可使用氟里昂或三氟丁醇等工質(zhì)。本設(shè)計采用這種發(fā)電系統(tǒng)。在回收100150的低溫水和200以下的排煙余熱時,采用氟里昂汽輪發(fā)電系統(tǒng)。2.3.1 柴油機尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中的朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)如圖2-1所示，該系統(tǒng)主要由工質(zhì)泵、廢熱蒸發(fā)器、汽輪發(fā)電機和冷凝器，儲液罐等組成39

25、。朗肯循環(huán)的四個過程為：氟里昂被廢氣流預熱、汽化，變成過熱氟里昂蒸汽（過程）,可視為等壓吸熱過程；過熱氟里昂蒸汽在汽輪機過噴嘴推動葉片轉(zhuǎn)動，蒸汽在汽輪機中膨脹作功（過程）, 可視為可逆絕熱膨脹過程；由汽輪機排出的低壓乏氣進入冷凝器被循環(huán)水冷卻（過程 ），可視為可逆等壓放熱過程；蒸汽被冷卻為液態(tài)進入儲液罐，通過工質(zhì)泵升壓并送至蒸發(fā)器（過程）, 可視為可逆絕熱壓縮過程。朗肯循環(huán)的熱效率圖2-1 柴油機廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)溫度計壓力表(2-3)2.3.2 工質(zhì)的選擇在利用廢氣余熱進行動力回收的過程中，要求工質(zhì)吸收熱量多，并能把這一熱量有效地轉(zhuǎn)換。因此，被選用的工質(zhì)必須具備如下條件：1.工質(zhì)循環(huán)蒸發(fā)潛熱少

26、、有效能效率高；2.工質(zhì)的壓力水平適中，在柴油機廢氣余熱中，相應(yīng)的飽和壓力不高，在冷卻溫度下，不出現(xiàn)高度真空；3.工質(zhì)應(yīng)有比熱大、導熱系數(shù)大和密度適當?shù)奶匦裕?.具有無毒性，不易燃性和無腐蝕性等性能；5.易輸送和保存等；因此，在柴油機余熱作動力回收時，最好選用低沸點工質(zhì)汽輪機的發(fā)電系統(tǒng)。低沸點工質(zhì)在汽化溫度比較低的條件下，具有相應(yīng)的汽化壓力較高的特點。為了能夠最大限度地回收廢氣余熱源的熱量，使系統(tǒng)具有較高的效率，般采用具有較高的換熱能力、能有效地將熱能轉(zhuǎn)換成電能的低沸點工質(zhì)，如、氨等?？紤]環(huán)保問題，在實際工程應(yīng)用中，本實驗選用，在標準大氣壓下，這種工質(zhì)的沸點為-26.5，凝固點為-101，臨界

27、溫度為101，臨界密度為，臨界壓力為，25時的導熱系數(shù)蒸汽為-1 、液體為 -140。不僅可回收100150的低溫水和200以下的排煙余熱，而且也能用冷水進行冷卻。為防止工質(zhì)的泄漏，系統(tǒng)的管路和零部件必須具備良好的密封性能。 2.3.3 蒸發(fā)器壓力和冷凝器壓力的確定飽和液體在蒸發(fā)器中汽化和蒸汽在冷凝器中凝結(jié)成飽和液體時，飽和壓力和飽和溫度有對應(yīng)關(guān)系41，只要確定了蒸發(fā)器的溫度就能確定蒸發(fā)器中的壓力；確定了凝結(jié)溫度，就能確定冷凝器中的壓力；飽和溫度和工質(zhì)的焓值也有對應(yīng)關(guān)系。凝結(jié)溫度溫度為：，(2-4)式中，冷凝水的溫升，冷卻水的溫升大一些，式（2-4）中，需要的冷卻水量可以減少。但是，凝結(jié)溫度就

28、較高。這樣，冷凝器中壓力也較高，將使汽輪機進汽和排汽的壓力差減少,通?？蛇x510。這里。在冷凝器出口端蒸汽和冷卻水之間的傳熱溫差。通常選擇37。這里。已知室溫20 ， ，確定冷凝器中的壓力=0.15。熱力系統(tǒng)計算時通常認為蒸汽在冷凝器中冷凝成飽和液體，運行時，凝液溫度可用溫度計測量得到。工質(zhì)泵對液體作功引起的液體焓變不大。故認為其焓值等于冷凝器中飽和液體焓值。蒸發(fā)器壓力的確定在蒸發(fā)器中，由于是隔著金屬壁面?zhèn)鳠?，蒸發(fā)溫度和廢氣出口溫度之間也有如下關(guān)系：(2-5)通常工質(zhì)在蒸發(fā)器中存在最佳蒸發(fā)溫度。蒸發(fā)溫度,在廢熱發(fā)電模型中，冷凝器壓力確定之后，蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度選的高。一方面汽輪機進氣和排氣的壓差

29、大，工質(zhì)在汽輪機中的理想焓降可以較大；另一方面，蒸發(fā)溫度選得高，柴油機廢氣氣的排出溫度也要相應(yīng)提高，值減少，柴油機廢氣余熱能夠產(chǎn)生的蒸汽量減少，即柴油機廢氣的能量利用程度降低。從這兩方面看，蒸發(fā)溫度的高低對乘積的大小影響很大，其中蒸汽流量，理想焓降，影響柴油機廢氣的發(fā)電效果，因為乘積就是柴油機尾氣理論上可能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能（或電能）的熱能數(shù)量，如圖2-3所示。s圖2-3 最佳蒸發(fā)溫度理想焓降是隨蒸發(fā)溫度提高而增大，而產(chǎn)生的蒸汽量是隨蒸發(fā)溫度提高而減少，在某一蒸發(fā)溫度時乘積為最大。乘積達到最大值時的蒸發(fā)溫度通常稱為最佳蒸發(fā)溫度。最佳蒸發(fā)溫度可以作近似計算，設(shè)柴油機氣初溫的溫度為,冷凝器冷凝的絕對溫度

30、為，在中間介質(zhì)法單級發(fā)電系統(tǒng)中，當運行臨界溫度較高的低沸點物質(zhì)為介質(zhì)時的最佳蒸發(fā)溫度，按下式近似計算： (2-6)在本系統(tǒng)中，柴油機廢氣初始溫度為：，冷卻水入口溫度:；求得最佳蒸發(fā)溫度為。最佳蒸汽溫度的高低決定于柴油機尾氣初溫和冷凝器中的冷凝溫度，蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度可以選擇比最佳蒸發(fā)溫度適當偏高幾度（如1-2）。根據(jù)飽和R134a 的溫度壓力關(guān)系曲線41，可以確定最佳蒸汽溫度對應(yīng)的蒸發(fā)壓力為0.243。2.3.4 系統(tǒng)的運行參數(shù)計算系統(tǒng)對應(yīng)的示意圖為圖2-4圖2-4 中間介質(zhì)法熱力系統(tǒng)示意圖2.3.4.1 各特征點的狀態(tài)參數(shù)的確定在本系統(tǒng)中設(shè)定：點的溫度（即最佳蒸發(fā)溫度）75，點溫度為33， 點

31、溫度（即冷凝溫度）為33，忽略泵功率損耗。狀態(tài)值可以從附表7查得：點：工質(zhì)為33的飽和液體熵： 比焓： 點：工質(zhì)經(jīng)泵升壓，為絕熱過程，熵保持不變，溫升可以忽略熵：比焓： 點：工質(zhì)為75的飽和蒸汽動力粘度熵： 比焓： 比容： 飽和壓力： 點：工質(zhì)的熵由b到c點保持不變熵： 比焓：2.3.4.2 運行參數(shù)的計算處管道的直徑為25mm，工質(zhì)流量為,柴油機廢氣進氣溫度,出氣溫度。管道截面積管道中流速運動粘度雷諾數(shù)：，說明運動是湍流的。蒸發(fā)器換熱能力：冷凝器的換熱能力：朗肯循環(huán)效率：2.4 本章小結(jié)本章對柴油機廢氣的主要成分，以與廢氣的熱量值作出了分析，根據(jù)工質(zhì)選擇的原則，選擇了具有低沸點、環(huán)保的為工質(zhì)

32、，并根據(jù)實驗條件，確定基于朗肯循環(huán)的柴油機廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng);在此基礎(chǔ)上,通過熱力學和流體力學理論，對有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的運行參數(shù)工質(zhì)流速、雷諾數(shù)、冷凝器和蒸發(fā)器的換熱能力和朗肯循環(huán)的循環(huán)效率進行了計算。第3章 系統(tǒng)的換熱元件結(jié)構(gòu)設(shè)計換熱器的任務(wù)是使兩種介質(zhì)交換熱量，系統(tǒng)中的主要換熱器件為蒸發(fā)器和冷凝器。本章在熱力學設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過工程實際和利用計算機軟件Matlab仿真對冷凝器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和模型優(yōu)化。3.1 冷凝器的換熱過程與其設(shè)計冷凝器的任務(wù)是將汽輪機排出的高溫、過熱蒸汽冷卻成為液態(tài)制冷劑，冷卻過程一般可分為三個過程：1.過熱蒸汽冷卻成為干飽和蒸汽，由排氣溫度下的過熱蒸汽冷卻為冷凝溫度的干飽

33、和蒸汽。2.干飽和蒸汽冷卻為飽和液體，干飽和蒸汽在冷凝溫度下冷凝成飽和液體，這一過程，就是蒸汽凝結(jié)為液體的過程。3.飽和液體進一步被冷卻為過冷液體，由于冷卻介質(zhì)（水或空氣）的溫度總是低于冷凝溫度，故在冷凝器的末端，飽和液體一般還可進一步被冷卻，使其成為過冷液體。3.1.1 冷凝方式的確定冷凝器的主要作用是使汽輪機排出的乏氣凝結(jié)成液體，并使汽輪機的排汽部分保持較低的壓力，提高汽輪機出力，使熱能得以充分的利用。冷凝器的種類、傳熱原理和特點冷凝器是制冷裝置的主要換熱設(shè)備之一,高溫高壓的制冷劑蒸汽在冷凝器中冷卻、冷凝,完成向高溫熱源的放熱過程。冷凝器的種類主要有空氣冷卻式(風冷式)、水冷式和蒸發(fā)式三大

34、類。各種冷凝器的結(jié)構(gòu)性能特點如表3-1所示42。表3-1 冷凝器的種類與特點項目風冷式水冷式蒸發(fā)式傳熱驅(qū)動力冷凝溫度與空氣干球溫度差冷凝溫度與冷卻水溫度差冷凝溫度與空氣濕球溫度差換熱系數(shù)小較大大冷凝溫度高較低低用水量無循環(huán)水流量小流量小結(jié)構(gòu)使用特點管殼式，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝使用方便，適用于大、中、小型制冷裝置，大量用于風源熱泵空調(diào)系統(tǒng)殼管式包括冷卻水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊。適用于大、中、小型制冷裝置結(jié)構(gòu)較緊湊，安裝使用相對殼管式較方便，適用于大、中、小型制冷裝置，有向小型制冷裝置發(fā)展的可能根據(jù)其實際情況需要，考慮本系統(tǒng)要結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，效率高，故采用水冷式冷凝器。3.1.2 冷凝器結(jié)構(gòu)與尺寸計算

35、圖3-1為冷凝器結(jié)構(gòu)與尺寸計算的設(shè)計流程圖。在冷凝器中，R134a具有很低的表面力和高的潤濕性。設(shè)計冷凝器能夠使壓力為0.15MPa、最大流量為飽和R134a蒸汽冷凝，冷卻水入口溫度為20，出口溫度27，比熱C=4.18kJ/ kg·，型式為垂直型管外冷凝器。1.總換熱量和冷卻水需要量相對應(yīng)壓力為0.15MPa的R134a飽和溫度為33，蒸發(fā)潛熱KJ/kg41。根據(jù)熱平衡和物料平衡，可以確定：總傳熱量 (3-1)冷卻水需要量 (3-2)為冷凝水進出口溫度的差值2.有效溫差對數(shù)平均溫差lm=8(3-3)查圖3-2所示的溫度修正系數(shù)圖43可得，溫差修正系數(shù)Ft=1。因此，有效溫差T=Ft

36、*lm=83.尺寸概算 圖 3-1 冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖假定總傳熱系數(shù) kJ/m2·h·,所需要的傳熱面積 (3-4)圖3-2 溫度修正系數(shù)采用埃弗無縫黃銅（BsTF4，冷凝器用無縫黃銅）作傳熱管，其外徑mm，徑mm，管長m。傳熱管根數(shù), 選定管側(cè)程數(shù)4.管側(cè)界膜導熱系數(shù)對于流體在圓管流動時，西德43提出下式： (3-5)其中 令 (3-6)則上式可簡化為 (3-7)每1管程的流路面積管冷卻水質(zhì)量流速 kg/m2h冷卻水平均溫度下的物性值：動力粘度導熱系數(shù)比熱 管冷卻水的雷諾數(shù)查管側(cè)界膜導熱系數(shù)45，如圖3-3所示，得，代入上式得圖3-3 管內(nèi)側(cè)界膜導熱系數(shù)kJ/m2

37、3;h·5.殼側(cè)界膜導熱系數(shù)冷凝器的平均界膜溫度，這一溫度下的R134a 液體的物性值：動力粘度 導熱系數(shù) 密度 當量管數(shù) 冷凝負荷 重力加速度 冷凝側(cè)界膜導熱系數(shù)6.污垢系數(shù)查附表1 管側(cè)污垢系數(shù)管外側(cè)污垢系數(shù)7.管金屬的導熱系數(shù)從附表2查得8.總傳熱系數(shù)因此， kJ/ m2h由此可知，由計算得到的冷凝換熱系數(shù)與假定總傳熱系數(shù) kJ/m2·h·的基本一致。根據(jù)（3.1.2）中的計算結(jié)果，設(shè)計出冷凝器的模型并進行加工。如圖3-4所示，為臥式殼管式冷凝器，尺寸如圖中標注所示。冷凝器主要由外殼，水箱，換熱銅管，管板等部件組成，該冷凝器有拆卸安裝方便的特點。它的外殼由不

38、銹鋼板卷制，在水箱的管板上脹接有110根外徑，徑,長的無縫黃銅管（BsTF4）。在水箱中有分隔板，具體安裝位置如圖3-5所示，冷卻水經(jīng)水箱I水箱II 水箱III，最終流出水箱。在殼體上焊接有1個溫度計插座、一個壓力表插座，其平均溫度為冷凝器部的蒸汽溫度。外殼側(cè)面的壓力表(量程為0.8MPa)可以測量出蒸汽的壓力。為了方便清理換熱銅管中的水垢,水箱I和III可以拆卸。在管板中心直徑為200mm的圓周上有55根銅管，在直徑為260mm的圓周上有55根銅管。1 冷卻水出口 2 隔板 3 R-134a出口 4外殼 5 擋板 6 溫度計插座7壓力計插座 8 R-134a入口 9冷卻水入口 10 水箱圖3

39、-4 殼管式冷凝器結(jié)構(gòu)1水箱外殼 2分水隔板 3管子4管板圖3-5 水箱與其擋板3.1.3 冷凝特性的數(shù)值仿真冷凝器作為制冷 (熱泵)系統(tǒng)的一個重要部件 ,其傳熱性能的優(yōu)劣對整個系統(tǒng)有著重大的影響46。本文針對小型殼管式冷凝器編制了穩(wěn)態(tài)傳熱仿真程序，利用該仿真程序分析討論了R134a和冷卻水入口溫度和流量對冷凝器傳熱性能的影響。該仿真程序可模擬計算出冷凝器中氟利昂出口溫度，管長，殼側(cè)壓降，管側(cè)壓降，流速之間的變化關(guān)系。本文在建立冷凝器傳熱模型和模擬仿真軟件的基礎(chǔ)上討論各因素對冷凝器換熱性能的影響。3.1.3.1 換熱器數(shù)學模型與其求解為了既能滿足要求,又能最大限度地簡化模型,加快計算速度,對冷

40、凝器換熱模型作以下假設(shè) 47(1) 不計管壁沿軸向?qū)?(2) 忽略不凝氣體對流動和換熱的影響;(3) 工質(zhì)在管的流動為沿軸向一維流動且不考慮工質(zhì)沿程壓力損失。在初始工況下，工質(zhì)以過熱蒸汽狀態(tài)進入冷凝器，經(jīng)過水的冷卻逐步變?yōu)闅怏w和液體的混合物，再經(jīng)過進一步冷卻至過冷液體后離開冷凝器。當工況變化以后，冷凝器出口狀態(tài)、冷凝器換熱量都隨之發(fā)生變化。根據(jù)冷凝器制冷劑可能的存在狀態(tài)，將冷凝器分為兩個相區(qū):過熱區(qū)和兩相區(qū)48。本文基于穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)法分別對冷凝器的兩個相區(qū)建立均相流換熱模型。冷凝器各區(qū)換熱量是有很大差異的，兩相區(qū)換熱是冷凝器換熱的主要組成部分，它的換熱量大小直接影響著整個冷凝器換熱量的大小。

41、本文主要考慮其在兩相區(qū)的變化規(guī)律。公式中的符號見附表3熱交換器的能量守恒方程為： (3-8)其中下標1代表流入，下標2代表流出，下標h代表熱流體，下標c代表冷流體。假設(shè)為逆流布置，對數(shù)平均溫差如下： (3-9)， 總傳熱系數(shù)K由下式給出： (3-10)管的傳熱系數(shù)值近似為： (3-11)這里由于通過環(huán)形管道流體的性質(zhì)不變，對于強制對流的充分發(fā)展的紊流流動有下式： , (3-12)雷諾數(shù)由下式給出： (3-13)式中，普朗特數(shù)為，由下式給出：殼的傳熱系數(shù)可以由下式得出：除了外，在殼流體平均溫度基礎(chǔ)上算出其他值，用溫度算。單元段長度： (3-18)3.1.3.2 程序編制基于上述冷凝器換熱模型，可

42、以編制冷凝器的設(shè)計計算和模擬仿真程序。設(shè)計計算程序可以根據(jù)R134a進、出口狀態(tài)和冷卻水進口狀態(tài)來設(shè)計冷凝器的結(jié)構(gòu)參數(shù)1.輸入已知參數(shù)：附表42.改變工質(zhì)入口溫度可得冷凝溫度，3.輸出結(jié)果：冷凝器設(shè)計長度，工質(zhì)冷凝溫度，殼工質(zhì)壓力降，管工質(zhì)壓降模擬仿真仿真程序可以根據(jù)冷凝器結(jié)構(gòu)參數(shù)和冷凝器兩種介質(zhì)的入口狀態(tài)來計算冷凝器的出口狀態(tài)。在matlab.m文件創(chuàng)建下列函數(shù)：函數(shù)LMTDcorrFactor 用于計算；函數(shù)TubeFF 用于計算光滑管道的；函數(shù)WaterProperties 用于計算0到100間在任意一溫度點上冷卻水和見附表5；函數(shù)LMTD 用于計算對數(shù)平均溫差；函數(shù)hTubeOutsi

43、de 用于計算和；函數(shù)hTubeInside 用于計算；函數(shù)PressureDropLenth 用于計算和；函數(shù)T2HotSide 調(diào)用函數(shù)計算；函數(shù)flaProperties 用附表6給出的數(shù)據(jù)確定氟里昂的各種物理性能。通過計算，以上所得結(jié)果利用Origin6.0進行數(shù)據(jù)處理。結(jié)果與分析利用程序?qū)ι鲜龅睦淠鬟M行性能模擬，確定殼管式換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:確定：管外徑，管徑，傳熱管根數(shù)根。圖3-6 氟利昂R134a出口溫度隨入口溫度的關(guān)系曲線圖3-7 冷卻水的平均溫度隨管長的關(guān)系圖3-8 R134a平均溫度隨冷凝器管長變化關(guān)系圖3-9 R134a流量隨其平均溫度變化關(guān)系工質(zhì)進入冷凝器，此時工質(zhì)

44、是過熱蒸氣。隨著工質(zhì)向前流動，在釋放氣體熱量的同時，受到沿管阻力等的影響，工質(zhì)的溫度先下降（飽和溫度）直到氣液混合體為止，在管長的兩相區(qū)換熱量，溫度快速下降。由于向外放熱，工質(zhì)的平均溫度如圖3-8，可以看出，在過熱區(qū)，工質(zhì)的溫度變化很小，而在兩項區(qū)溫度急劇下降，這是由于工質(zhì)的蒸發(fā)潛熱造成的。圖3-6所示工質(zhì)的出口溫度隨著入口溫度升高而呈線性升高。圖3-7所示在管冷卻水流動過程中，其平均溫度逐漸升高。如圖3-9所示，工質(zhì)在管的平均溫度隨工質(zhì)流量增加而逐漸降低，隨工質(zhì)入口溫度變化，其下降幅度基本一樣。圖3-10 管長隨冷卻水流量變化關(guān)系圖3-11 換熱量隨冷卻水流量變化關(guān)系圖3-12 換熱量隨冷卻

45、水平均溫度變化關(guān)系當冷卻水流量發(fā)生變化時，冷凝器的換熱性能將隨之發(fā)生變化。圖3-10是工質(zhì)在不同入口壓力下，冷凝器設(shè)計長度隨冷卻水流量的變化曲線。當冷卻水流量比較小時，冷凝器設(shè)計長度隨著流量的增加有明顯的減少;而隨著流量的升高，設(shè)計長度的減少趨勢逐步變緩。圖3-11是在不同的工質(zhì)入口壓力下冷凝器換熱量隨冷卻水流量的變化曲線。當流量比較小時，工質(zhì)的汽化潛熱沒能被充分利用，工質(zhì)以汽、液混合態(tài)流出冷凝器，隨著流量的增大冷凝器換熱量大幅度提高;當工質(zhì)出口溫度較低時，冷凝器換熱量的增加趨勢逐步減緩直至基本維持不變。因此，冷卻水流量的選取不宜過大，只須使工質(zhì)出口保持相對較低的溫度即可。當工質(zhì)入口壓力增大時

46、，冷凝壓力和冷凝溫度都隨之相應(yīng)提高，從而使冷凝器換熱溫差加大，增強了冷凝器的換熱效果。因此工質(zhì)入口壓力比較高時，在圖3-10中，冷凝器的設(shè)計長度有所減少;在圖3-11中只需要較小的冷卻水流量就能使工質(zhì)出口保持較低的溫度;而在圖3-12中，可以在較高的冷卻水入口溫度下維持工質(zhì)過冷而不使冷凝器換熱效果惡化。因此，較高的冷凝器工質(zhì)入口壓力有利于增強冷凝器的換熱效果。3.2 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定蒸發(fā)器的作用是將熱量從廢熱流傳遞給有機工質(zhì)R134a，它是整個系統(tǒng)能量傳遞的中轉(zhuǎn)站。在柴油機廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中，起著舉足輕重的作用。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，可以分為殼管式蒸發(fā)器、直立管式蒸發(fā)器、螺旋管式蒸發(fā)器和蛇行管式

47、蒸發(fā)器，本系統(tǒng)采用殼管式蒸發(fā)器。換熱系數(shù)在之間。有效溫差對于氟里昂約為549。工質(zhì)在飽和溫度下吸收熱量由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為沸騰50。沸騰換熱是伴隨相變的對流換熱，是制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器的主要換熱方式。制冷系統(tǒng)中的沸騰，大多屬于管沸騰。受沸騰空間的限制，使沸騰產(chǎn)生的氣體和液體混合在一起，構(gòu)成汽液兩相混合物。因此，管沸騰換熱涉與到了管的兩相流動問題。圖 3-13 是管的沸騰情況，在流速比較高的情況下，若進入管液體的溫度低于飽和溫度，這時流體與管壁之間的換熱是液體的對流換熱。之后液體在壁面附近被加熱到，但此時管中心溫度尚低于，僅管壁有汽泡產(chǎn)生，屬于過冷沸騰。隨后液體在整個截面上達到飽和溫度，進入飽

48、和核態(tài)沸騰。這時流動狀態(tài)先是泡狀流，逐漸變成塊狀流，屬于泡態(tài)沸騰。繼續(xù)被加熱后，氣體越來越多，大氣泡將進一步合并，在管中心形成汽芯，把液體排擠到壁上，出現(xiàn)環(huán)狀流。此時的汽化過程主要發(fā)生在液氣交界面上，熱量主要以對流來通過液膜，屬于液膜的對流沸騰。之后液膜逐漸變薄，直到汽化完畢而進入單相對流換熱過程。但在流速較低時，受重力的影響，氣體和液體分別集中在管的上、下兩半部分，進入環(huán)狀流后，液體就不一定是連續(xù)地環(huán)繞在管的圓周上，導致局部換熱較差。查附表7的氟里昂R134a的熱力學性能表：75時飽和蒸汽的比焓：30時飽和液體的比焓: 有效溫差對于氟里昂約為546工質(zhì)流量蒸發(fā)器的熱負荷對數(shù)平均溫差換熱系數(shù)3

49、8，取傳熱面積采用紫銅管，每根長，外徑，徑需要的銅管根數(shù)根圖 3-13 水平管管沸騰過程3.3 本章小結(jié)1.根據(jù)冷凝器的結(jié)構(gòu)和特點確定為水冷式冷凝器，計算總換熱量和冷卻水需要量。通過假定總傳熱系數(shù)，求出其傳熱面積、求出傳熱管的外徑、管長、傳熱管根數(shù)、管冷卻水流速，并根據(jù)冷卻水和R134a的物性值、管側(cè)界膜導熱系數(shù)、殼側(cè)界膜導熱系數(shù)、污垢系數(shù)、管金屬的導熱系數(shù)，最終得出總傳熱系數(shù)，與假定的傳熱系數(shù)數(shù)值基本一致。所得的相關(guān)數(shù)據(jù)可以作為冷凝器的設(shè)計參數(shù)。2.通過理論分析，針對冷凝器管殼式換熱器的換熱特性編制了程序，通過 matlab軟件仿真，建立了換熱數(shù)學模型，當工質(zhì)的入口溫度升高，其出口溫度隨之升

50、高；在管過熱區(qū)工質(zhì)的溫度下降比較緩慢，在兩項區(qū)下降迅速，這是由于冷卻水的蒸發(fā)潛熱造成的；較高的工質(zhì)入口壓力提高冷凝器的換熱效果；3.闡述了蒸發(fā)器沸騰換熱的機理，確定了蒸發(fā)器的換熱面積、管長以與換熱根數(shù)。第4章 汽輪機噴管數(shù)值模擬與儲能充電電路設(shè)計4.1 噴管的數(shù)值模擬汽輪機噴管是一個把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成動能的結(jié)構(gòu)原件。在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽從噴管高速流入汽輪機，噴管的形狀對蒸汽獲得較高的速度有很大影響。根據(jù)流體力學可知，隨著噴管截面的逐步縮小，流速逐漸加大，直至最小截面管口處流速最高。這種噴管稱為漸縮噴管，汽輪發(fā)電機采用的噴管是漸縮噴管。4.1.1 噴管出口流速的計算根據(jù)流體力學可知，氣體

51、在噴管中流動時，氣流與外界沒有功的交換，與外界熱量交換數(shù)值極小，可忽略不計，在管道作穩(wěn)定流動的氣體或蒸汽應(yīng)服從絕熱穩(wěn)定流動能量方程： (5-1) 噴管出口氣流流速的計算公式為式中，,為噴管進口截面與出口截面流速度；、分別為噴管進、出口截面上氣流的比焓值。其中，m/s , kcal/kg , kcal/kgm/s4.1.2 噴管的結(jié)構(gòu)模型從流體力學可知，流量、截面和流速三者：截面和流量成正比，和流速成反比。根據(jù)能量守恒和轉(zhuǎn)換原理，沿噴管的壓力降低，造成氣體體積增大，氣體速度提高和流量增大。熱力學理論和實驗表明：當噴管的蒸汽壓力降低到噴管入口壓力大約一半時，流速的增加要比流量的增大來得快，則截面應(yīng)

52、愈來愈小，即噴管必須是漸縮的。本文選擇三種典型的漸縮型噴管結(jié)構(gòu)模型53。如圖5-1為噴管模型軸向剖面圖，其中入口直徑，出口直徑，直管長度，收斂管長度都采取統(tǒng)一尺寸，以便比較那種結(jié)構(gòu)是最優(yōu)化結(jié)構(gòu)。其中A 錐型噴管 B 整流管型噴管 C 變截面型噴管圖5-1 漸縮型噴管三種結(jié)構(gòu)模型4.1.3 數(shù)值模擬在不考慮流體的重力作用的情況下, 流體速度勢函數(shù)54滿足拉普拉斯方程： (5-2)另，不可壓縮流體的流速V與勢函數(shù) 有如下關(guān)系： (5-3)數(shù)值求解方程（5-2），可得到漸縮型噴管速度勢和流速分布，初始化構(gòu)建二維模型指定邊界條件生成網(wǎng)絡(luò)指定各分區(qū)的和v設(shè)置求解參數(shù)解方程，得出速度v，繪制等位線求出出口

53、處三角形的和v結(jié)束圖5-2 計算程序框圖具體步驟如下：1. 邊界條件的確立：如圖5-3所示，噴管入口和出口采用第一類邊界條件，其它邊界采用第二類邊界條件，為邊界的外法向，取場的對稱面或等勢線為邊界，則有。2.區(qū)域網(wǎng)格剖分：該問題所研究的對象為近似圓柱或圓錐型噴管，從幾何形狀上來講滿足軸對稱條件；管壁受到一樣的邊界條件也是軸對稱的，因此該問題可以按照軸對稱問題進行求解，取噴管縱截面，得到圖5-4所示的有限元計算模型進行網(wǎng)格剖分，其中網(wǎng)格單元為三角形單元。圖5-3 噴管邊界條件圖5-4模型的網(wǎng)格剖分3.設(shè)置求解參數(shù)：選擇流速向量參數(shù)。4.流速場分布圖5-5 A,B,C分別表示錐型噴管、整流管型噴管

54、、變截面型噴管三種噴管的流速場分布，計算結(jié)果表明, 最大流速產(chǎn)生在噴管出口的回流區(qū)域,即變截面處。因為在通過該截面的流體流量一定時，截面越小,流速必然增大。所以，在噴管管壁和截面附近區(qū)域的流速變大,并產(chǎn)生回流。(A) 錐型噴管 (B) 整流管型噴管 (C) 變截面型噴管圖5-5 三種噴管流速分布圖4.1.4 計算結(jié)果1.基于流速場分布的噴管結(jié)構(gòu)確定通過圖5-5所示的流速場分布，可求得如圖5-6所示的三種類型噴管出口流速和勢差的關(guān)系?？梢钥闯鲈谌肟谔幍耐瑯託怏w勢差下, A型噴管的流速最大. 在一樣噴管勢差條件下，由于錐型噴管回流面積小，而其他兩種噴管回流面積均比這種噴管回流面積大，故其出口速度損失小。另外，從圖5-7可見，在整流管型噴管中，在一樣的勢差條件下，整流管長度越短，其出口流速越大，當整流管為零時，噴管變成錐型