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化学回热器的设计技术研究与性能分析

作　者: 张婷
导　师: 郑洪涛
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 化学回热器设计方法重整反应数值模拟性能仿真
分类号: TK473
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 40次
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内容摘要

化学回热燃气轮机循环具有环保、高效等优点,是非常有前景的研究方向。化学回热器是该循环的核心部件,燃料和蒸汽的强吸热重整反应过程以及对排气余热的充分回收过程都发生在其中,可以说,该部件在循环中起着至关重要的作用,因此对其进行设计方法研究与总体性能分析具有非常重要的意义。本文主要是探索一种适用于化学回热器的设计方法,并最终对该部件进行性能仿真分析。在研究过程中主要采用了数值模拟、编程以及仿真等研究方法。首先,运用fluent流体力学计算软件对翅片单管(化学回热器的换热部件)进行了流体换热及流动的数值模拟。并对单管在不同设计工况点下的模拟结果进行分析,得出了换热量与各参数之间的因变关系,最终整理出换热准则关联式。其次,针对甲烷水蒸汽重整反应体系(本文运用了预转化工艺),通过热力学分析及理论计算,建立了完整的催化重整数学模型。在此基础上,借助MATLAB汇编语言对该化学回热器的工作过程进行了编程计算。为了尽量减小线性化方法所带来的误差以提高计算的精确度,计算时所采用的数学模型没有进行线性化处理,而是直接对非线性化方程组进行了编程与计算。最后,在确定了化学回热器的结构之后,利用simulink仿真工具对化学回热器的整体性能进行了仿真分析。考察了管内外流体温度、流量等因素对体系平衡组成及出口参数的影响,探讨了甲烷转化率、氢气产量等的变化情况,为获得最佳转化率奠定了基础。针对化学回热器设计方法的研究,本文首次提出了一套新颖的设计方法,即是对换热的数值模拟与对该部件整体工作过程的编程计算两个部分结合的设计研究方法。该方法的提出为合理地设计化学回热器提供了依据。此外,在对化学回热器进行性能仿真时,得出了以下结论：在一定条件下,增加排气余热和燃料气体入口温度时将改善催化重整反应进行的程度,然而增加燃油流量和烟气流量将在一定程度上减弱催化重整反应的进行。对该部件进行的性能分析,使我们更好地了解了它的工艺流程,并为工艺参数的设置提供了参考。

化学回热器的设计技术研究与性能分析

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