圖/文：陳俊霖 韓增孝 郭江峰
濕空氣透平(HAT)循環(huán)是新型先進(jìn)熱力循環(huán)最具代表性的研究方向之一?；?zé)崞髯鳛樘岣逪AT循環(huán)效率的關(guān)鍵部件之一，對(duì)循環(huán)效率和成本的影響最大。微通道結(jié)構(gòu)回?zé)崞髟谫|(zhì)量、體積和換熱性能等方面均表現(xiàn)出突出的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展兆瓦級(jí)HAT 循環(huán)技術(shù)的新型高效低阻緊湊式微通道回?zé)崞鲹Q熱機(jī)理研究，是化石能源清潔高效可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用的重要組成部分，有助于實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。
綜合國(guó)內(nèi)外的研究表明，微通道結(jié)構(gòu)PCHE回?zé)崞髦校瑤в幸硇统崞腜CHE具有最優(yōu)的流動(dòng)換熱性能。研究團(tuán)隊(duì)在原有翼型翅片的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，提出了綜合性能更優(yōu)的結(jié)構(gòu)，因此將帶有新型翼型翅片的PCHE應(yīng)用于濕化燃機(jī)循環(huán)回?zé)崞魇且粋€(gè)很好的選擇。研究人員采用數(shù)值模擬方法，開(kāi)展了新型翼型流道、傳統(tǒng)翼型流道和之字形流道綜合流動(dòng)換熱性能的比較研究，基于場(chǎng)協(xié)同原理對(duì)新型翼型流道的強(qiáng)化換熱機(jī)理進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，新型翼型流道的火積耗散數(shù)和歐拉數(shù)比傳統(tǒng)翼型流道小，具有更好的熱工水力特性?；趯?shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，獲得了新型翼型流道內(nèi)含濕煙氣流動(dòng)傳熱關(guān)聯(lián)式(見(jiàn)圖1)。
圖1 新型翼型流道內(nèi)含濕煙氣流動(dòng)傳熱關(guān)聯(lián)式
濕工質(zhì)中的含濕量顯著影響微通道回?zé)崞鞯膿Q熱性能，為了分析含濕量的定量影響，研究人員構(gòu)建了翼型-直通道新型耦合流動(dòng)換熱單元三維數(shù)理模型，討論了含濕量、流量和溫度等因素對(duì)耦合換熱的影響規(guī)律，對(duì)比了翼型結(jié)構(gòu)與直通道、之字形結(jié)構(gòu)的綜合流動(dòng)換熱性能。研究表明，增加含濕量可以提高高壓空氣的整體流動(dòng)換熱特性；在等泵功的條件下，交錯(cuò)排列的翼型翅片相比較于直通道和之字形通道具有最好的熱工水力特性。基于干工質(zhì)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，引入含濕量強(qiáng)化換熱因子，建立了高溫含濕煙氣和高壓濕空氣流動(dòng)換熱特性與含濕量的定量關(guān)聯(lián)式，定量描述了含濕量對(duì)傳熱和壓降特性的影響規(guī)律(見(jiàn)圖2)。
圖2 高壓濕空氣流動(dòng)換熱特性與含濕量的定量關(guān)聯(lián)式
以上關(guān)聯(lián)式的獲得，為濕化燃機(jī)回?zé)崞鞯男阅茴A(yù)測(cè)模型建立奠定了基礎(chǔ)，為最終濕化燃機(jī)循環(huán)性能整體分析及優(yōu)化提供了重要的技術(shù)支撐。
本研究得到兩機(jī)重大專項(xiàng)基礎(chǔ)研究(2017-I-0009-0010)支持。相關(guān)研究成果已經(jīng)在Applied Thermal Engineering期刊上發(fā)表(APPL THERM ENG 188 (2021) 116620 & 192 (2021) 116939)。
原標(biāo)題：濕空氣循環(huán)微通道回?zé)崞鲀?nèi)含濕工質(zhì)流動(dòng)傳熱特性研究進(jìn)展
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