1、濕空氣透平循環(huán)(HumidAirTurbineCycle,簡(jiǎn)稱HAT循環(huán)),具有高效率、高比功、低污染等一系列優(yōu)點(diǎn),飽和器是影響濕空氣透平循環(huán)性能的重要部件。國(guó)內(nèi)外對(duì)濕空氣透平循環(huán)的研究,主要是側(cè)重于系統(tǒng)總體性能,而對(duì)飽和器的研究則主要針對(duì)有后冷HAT循環(huán)飽和器,對(duì)無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器的研究報(bào)道則較少。本文在研究了有后冷HAT循環(huán)飽和器的基礎(chǔ)上,嘗試?yán)脤?shí)驗(yàn)研究和理論分析的方法,對(duì)無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器的性能進(jìn)行探索性的研究,并且,對(duì)

2、兩種飽和器進(jìn)行比較和分析。無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器的特點(diǎn)在于壓氣機(jī)出口空氣直接(或再加熱后)進(jìn)入飽和器,在飽和器中是熱空氣冷水的傳熱傳質(zhì)過(guò)程,與有后冷HAT循環(huán)飽和器相比有其獨(dú)特的特點(diǎn)。本文從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面對(duì)兩種飽和器的性能開展了全面的研究和比較。實(shí)驗(yàn)研究方面包括:(1)利用激光多普勒動(dòng)態(tài)粒子分析儀(PDA),對(duì)飽和器噴嘴霧化粒徑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究。首先,對(duì)噴嘴壓力與流量關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量,其次,利用PDA測(cè)量了HH系列噴嘴與Spra

3、y系列噴嘴的霧化粒徑與壓力的關(guān)系,并分析了噴霧粒徑對(duì)飽和器性能的影響。(2)建立了HAT循環(huán)飽和器的實(shí)驗(yàn)臺(tái),用于研究無(wú)后冷和有后冷兩種類型HAT循環(huán)飽和器的性能。主要研究了進(jìn)口空氣溫度、水氣比對(duì)于飽和器性能的影響,具體包括對(duì)飽和器出口空氣溫度、出口水溫、出口相對(duì)含濕量的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),該種情況下實(shí)驗(yàn)臺(tái)所能達(dá)到的最大出口絕對(duì)含濕量0.034Kg/Kg,相對(duì)含濕量可接近100％,實(shí)現(xiàn)了較好的加濕效果。(3)對(duì)無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器性

4、能測(cè)試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),隨著入口空氣溫度的增加,飽和器的出口含濕量增加,即飽和器加濕能力加強(qiáng);而水氣比的增加使得飽和器出口相對(duì)含濕量增加,但絕對(duì)含濕量減小,其主要原因在于出口濕空氣溫度對(duì)絕對(duì)含濕量的影響。理論方面,根據(jù)水和蒸汽的IAPWS-IF97方程和空氣的實(shí)際狀態(tài)方程建立了濕空氣物性模型,在此物性模型的基礎(chǔ)上,建立了有后冷和無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器的一維逆流分布參數(shù)模型,對(duì)該飽和器進(jìn)行了性能分析計(jì)算。具體工作如下:(1)分析了無(wú)后冷HAT

5、循環(huán)中飽和器內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)機(jī)理,由此建立了該飽和器的一維數(shù)學(xué)模型,列出了飽和器的控制方程,方程采用改進(jìn)的歐拉方法對(duì)方程進(jìn)行了離散,然后利用C++編寫程序來(lái)求解飽和器性能。(2)分析研究了水氣比、進(jìn)口空氣溫度、壓力等進(jìn)口參數(shù)對(duì)無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器性能的影響。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),區(qū)別于有后冷HAT飽和器,無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器除了能降溫加濕之外,還可能存在降溫減濕的現(xiàn)象,其原因在于該類型飽和器可能存在冷水飽和壓力低于入口空氣中水蒸汽分壓力的現(xiàn)象

6、。因此,需要特別注意該類型飽和器的進(jìn)口參數(shù)的設(shè)計(jì),以達(dá)到加濕的目的。(3)理論研究發(fā)現(xiàn),進(jìn)口空氣溫度以及進(jìn)口水溫的增加能使得飽和器的加濕能力提高,而進(jìn)口空氣壓力的提高則使得飽和器加濕能力減弱。并且,將理論研究與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩者基本相符。此外,理論研究還給出了飽和器內(nèi)各參數(shù)隨著高度方向的分布情況,從而為飽和器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。(4)通過(guò)對(duì)本文研究的無(wú)后冷HAT循環(huán)飽和器與有后冷飽和器的比較發(fā)現(xiàn),前者性能受進(jìn)口氣溫影響較大