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毕业设计 (论文 )外文资料翻译 学院 （ 系）： 动力工程学院 专 业： 热能与动力工程 姓 名： 学 号： 外文出处： 8 (2004) 257 附 件： 指导教师评语： 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文 旋转回热器理论与热力发电厂的一台 空气预热器实验结果的比较 摘要： 这篇论 文的目的是要比较基于理论建模获取的结果与在一台全尺寸运行着的空气预热器上直接测得的实验数据。首先，在论文中会系统地阐述旋转回热器能量传输模型，其中包括母体纵向热传导。然后介绍该模型方程组的解法，这种解法在笔者以前的论文中曾经提到过。热交换气体和不停旋转的母体的温度分布用三维图来描述。对直径 5.3 m 的回转式空气预热器计算得出的温度分布将和实验数据作比较。并从理论和实验的比较中找到正确的趋势和合理的一致性。最后，比较计算和实验回热器传热过程的有效性，并将看到在回热器有效性约为 88%时，一致性在3%之内。 1 引言 旋转式换热器的一个重要特点就是兼小巧和高性能于一体。这种换热器有一个圆盘式的母体核心，在母体核心里有非常多的传热面。盘不停转动，并总有一部分核心浸在热流之中，其它部分浸在冷流中。当热气依次穿入核心的流动通道时，母体储存能量。反过来，冷气流经相同的通道时，母体核心释放能量给冷流。由于热量是在每个母体部件上交替地被储存和释放而不是通过隔开两种流体的墙来传递，旋转式换热器经常适用在如旋转式回热器上。 在 1910回热器中热传递分析创始并发展于德国。在 1948 年之前，所有的模型都基于一系 列传统理想化条件。 列出了这些理想化条件。 1948 年后 就已经根据研究的发展提出了附加的参考条件，其中考虑到了纵向传导在分析中的影响。 为了确定回热器的热传递有效性包含纵向传导的影响， 定量地分析了旋转回热器问题。他们指出有效性取决于 C* ，（ A） * ， ，以及所提供的结果，且这些结果是对于很大范围的参数而言的： 1 100，C* 1， A） * 1, 有限的工业实用范围里 ，用一个代数公式把 结果联系起来。在一系列的论文里，对于在母体墙上包含纵向传导影响旋转式回热器的问题， 到了一种分析解法。基于这种解法，他估计了在气体里零维回热器模型参数及母体温度分布的影响，并给出三维温度分布图。 通过两个辅助因素表述出墙纵向热传导对回热器有效性的影响。更近一些的时候， A） * 关于回热器有效性的数据。我们得出结论，以上所有提到的结果都是基于理论上的建模。在公开文献中没有模 型结果与实验数据的比较。本论文的目的就是要通过对模型和运行着的旋转式换热器测试性能的比较，在一定程度上填补这方面的空白。 2 控制方程组 图 图 1显示的是一个回热器模型。图中表示出坐标系和定向母体热传导系数： 这个例子作如下假定：在和气体流动平行的方向上 限数 0，并且在母体旋转的方向上 0。根据 ，控制方程系为： 下列边界条件的主题词为： 气体温度 母体温度的联系 假定母体表面的 绝热度 以上简单陈述的问题和 研究的完全相同。他们用定量分析 的方法解决了这个问题。 3 解法和结果 图 取决于模型解 6: 8， C*r,j =2， j=0， 0 01 和 j=1， 2 依据 ， 6提出方法可以分析地解出方程（ 1） -（ 7）。 决定气体和处于冷流及热流地带的母体温度分布的最终方程组可以成为无限系列的形式 6。由于空间有限，这里就不给出了。通过截短无限系列得到某种有限数量 的形式，并运用相应的方法处理边界方程 5和 6，可以获得一线性方程组。它的解从数值上决定了无限系列的系数。 图 3. 旋转换热器中母体温度分布 ,取决于模型解 6: 8， C*r,j =2， j=0， 0 01 和 j=1， 2 在图 2 和图 3 中，显示了在方程组 1-7的解的情况下气体和母体温度的分布。我们注意到在气流方向和在母体旋转方向气体和母体温度区域的非线性都很明显。用参数 就是，当不考虑传导影响时 1= 2=0，以及 1= 2= 度在坐标变化量上的变化趋势表明，当 1和 2的值大于 右时，气体和母体温度区域主要受热传导影响。如果想了解传导对气体和母体温度分布影响分析的更多细节，请参照 ， 7。 方程组（ 1） -（ 7）所描述的模型建立在一系列理想化条件上，这样就使问题的解决更简单。然而，这种理想化在其所依赖的温度分布里导致的偏差只能和实验数值作比较才能估计出。 4 换热器实验测量 我们现在将在回热器出口冷热气体分布和回热器有效性方面比较建模和实验数据，由此定量估计出建模的偏差。 实验旋 转回热器的细节在 0里有叙述，所以在此只给出摘要。 这里所描述的实验是在一台煤粉锅炉的旋转换热器（空气预热器）上进行的。所研究的预热器几何数据如下： 转子直径： 冷热面总传热面积： 12504 部分布置：烟道气体 /空气： 6/5； 铁片制母体质量： 41560转速度： 母体部件热端：高： 1层 500层 400共 1300片厚度： 料表面面积密度： 402m2/压直径： 积径： 母体部件冷端：高： 1层 300片厚度： 1料表面面积密度： 440m2/压直径： 积径： 注意到总气体和空气流长度达 1600别留意到了测量具体实验数据。在这 个区域回热器的运行中，定时的测量会监控其运行。另外一些测量被巧妙地安装在上面，这样理论和实际的测量就可以进行比较，如下： 预热器在同样更高压力（冷）和更低压力（热）气流的入口和出口的温度和恒定压力； 更高压力冷气体（空气）流入预热气的物质流速； 预热器入口烟管气体分析，和作为燃烧掉的燃料分析。 在图 4中，显示了管道的布置 和温度、烟道气体分析、恒定压力以及物质流速 的测量点位置。空气和烟道气体温度由带刻度的热电偶来测量。热电偶分别由两根直径 铬合金和镍 体侧热电偶被保护起来以防腐蚀。热电偶接在支撑管杆的钢上。这些管道穿过回热器壳上密封的圆形小窗口上可以通过穿越测试区到达很远的测量点。每一个探测器都由包有钢皮的长金属丝连接到相应的 6点热量计上。热量计的冷结点保持在 50，并用铜丝从热量计接到热电压自动记录系统上。每两分钟，所有的温度测量都会记录一次。 如图 4所示，烟道气体和空气压力，以及流量计管道的 压力差由以酒精为工质的倾斜式小型压力计测量。在实验开始之前，先要校准流量计以决定合适的流量系数值。恒定压力每 10分钟测量一次，压差每 2分钟测量一次。 烟道气体分析由一台自动气体分析仪完成。它利用药物根据吸收定律来分析烟道气体 2成分。由于测试区和气体分析仪（位于一可移动盒内）距离很长（ 图 20m），所以烟道气体得通过一吸引系统不断传输到分析仪里。这个系统由内径 4管一端如 图 4所示到达测试区，管身和热电偶一起穿过相同的密封窗口并也接在同样的支撑杆上。管的另一端聚集在一起连在由柔韧管道制成的收集器上。收集器接在由工厂装置提供的压缩空气驱动的排出泵上。 分析仪和平均收集器（排出泵之前）相连。分析仪的水银泵从收集器中吸取烟道气体。分析频率被定为每 12 分钟一次。得到的分析结果画在一根带子上表示出们假定是燃烧燃料分析，每小时 4次采样，每次采样都是 1煤）。每次采样都分别从锅炉传送带到密封金属罐中提取。采样被送入实验室并遵照相关标准进行基本燃料 分析和燃烧值分析。 所有的脉冲导管就像热电偶，接在密封空间测试装置上的转送器，气体分析仪，小型压力计聚集在一起导入到一可移动式盒中。在那里有测量装置和记录仪。主要锅炉参数如容积、运行蒸汽压力和温度，燃烧过程参数每次实验之前在 4小时运行中适当标准的许可范围内（在大型蒸汽锅炉的运行当中，小波动是不可避免的）被稳定，以避免短暂的偏离影响限制在一定范围内的全面数值。随后，回热器温度，压力和流动测量就可以进行了。每次实验持续 2小时。 11）对实验的不确定性作了分析。关于不确定性在直接测量中的性质，考虑如 下可能引起误差的根源：（ 1）测量装置及装置线路的不确定性；（ 2）随机误差。就非直接测量性质而言，最终的不确定性估计步骤如下。首先，根据每一直接测量的不确定性计算每一非直接测量的扰动。然后所有有用的扰动联合在一起进行根 平方计算得出最终的不确定性值。最终不确定度在 信度的估计值依次为： 热气体物质流速： 10% 冷气体物质流速： 3% 入口冷热气体温度平均值： 2 5 模型进口数据及相关的无量纲参数 在第 2部分中已经明确说过，温度分布计算取决于一系列无量纲参数。为了进行比较，这些参数必须由输 入的数据决定。数据从相同的实验中得到，并和计算结果作比较。这样的数据包括：气体质量流速，气体入口温度和相关热物理性质，描述所研究回热器几何构造和表面传热特性的设计数据。所有数据是从一台全尺寸回转空气预热器上实验获得的。从方程组（ 1） -（ 7）很明显地看出依情况而定的温度是 C*r， j ， j， Z， j， j=1， 2 的函数。然而，为了表现结果可以另选一组无量纲参数来代替模型方程（ 1）中所用到的参数。另选的这组和 使用的一样。代替组和方程组（ 1） -（ 7）中原来组的关系如下，且 2： 无量纲气体出口温度可以象征性地写成方程组（ 8） -（ 13）参数的函数形式： 热气体出口温度： 冷气体出口温度： 气体和母体温度分布的计算使模型参数值保持与实验记录值一致。气体温度计算中参数（ 8） -（ 13）的值在表 1中给出。 表 6 气体温度计算中的不确定度 我们需要特别注意由实验输入数据决定的气体和母体温度分布的计算。这是因为特定的实验输入数据如第 5部分中特定数据受相关的不确定度影响而不精确。就目前的数据，可以就 以下步骤来计算最终的不确定度。首先，根据第 4部分中所报的每个输入数据的不确定度，利用方程组（ 1） -（ 7）的解计算冷热气体出口温度的扰动。然后，所有有用的数据联合在一起进行根 平方计算，得到最终计算结果的不确定度估算值。初步数据实验表明流经回热器冷热气体物质流速和决定气体里根据 3的推荐估计）不精确引发的不确定性是在温度分布计算准确度方面主要不可避免的影响。因此，只需要考虑这两种不确定因素即可。 7 计算和实验出口气体温度的比较 在这一部分中，我们 来演示由计算和实验决定的气体出口温度的比较。典型结果在图 5示的每一种情况都对应于表 1中的一组相关无量纲参数。输入数据的不确定使得最终计算结果分布在一条不确定带之内，在图中用阴影区域表示。直接测量的气体温度平均值用标明，并由于相关不确定度值太小，不予以标出。 回顾所有实验运行的结果，可以作如下的观察（图 5 计算气体出口温度变化趋势和实验中决定的变化非常相似。 图 号情况下实验测量回热器数据，阴影为计算得出的不确定带 图 号情况下出口气体温度分布 图 号情况下出口气体温度分布 实验测量的热气体出口温度值约有 75%在计算热气体出口温度区域的确定带内。 实验测量的冷气体出口温度值约有 46%在计算冷气体出口温度区域的确定带内。 计算热气体出口温度比计算冷气体出口温度的不确定性要显著地大。这是由于热气体质量流速是间接地通过一种削减方法 14决定的。这种方法建立的基础是： 反，冷气体物质流速的测量用的是流量计，其准确度理所当然会很好。 8 计算相 对于实验的回热器传热效率 我们现在将比较计算和实验的回热器传热效率值。因为所有入口和出口的冷热气体温度已经在实验中测量了（跨过前几部分可看图 4）并且在所有实验运行中 表 1），回热器的效率给出为： 对于实验中效率，所有在方程（ 16）中预想的平均温度决定于直接测量数据以及相关的不精确度： 2对于所有进口温度，最大 4对于出口温度 。在图 8 中实验效率用方框符号表示。效率的计算有两种途径：（ 1）利用测量的 和其它表 1中的无量纲组，通过模型方程（ 1） -（ 7）计算 。这种情况包括了母体墙纵向传导的影 响。在图 8中其结果用实心三角形表示。 用测量数据（在表 1中给出）计算 C* ， C* A） *，并用 13（比如，忽略纵向传导）决定回热器的效率。在图 8中其结果用实心圆表示。 在图 8 中可以看到，实验结果证实了回热器效率对 C*的依赖，比如当增加而 C*值减少时效率增长，参见图 8中的趋势线。由于 C*C*r 研究的回热器性能更接近于逆流对等物，因此 C* 在所研究的情况中母体热传导的影响并不重要。这 是因为方程（ 11）中传导参数的值对于表 1 中情况来说非常小。比方说， 工作状况大体上比 使用的最低值要小。趋势线依次表示 3（不包含热传导）计算效率和用方程组（ 1） -（ 7）建模的效率。无热传导情况下的那条线略在上方，且这条线在图 8中仅作为计算效率的最高限度。尽管如此，两条线之间还是非常接近。 从图 8中看出，所有实验决定的回热器效率均低于计算数据，不管是基于方程组（ 1） -（ 7）（差别小数为 是基于 3的方法，其差别小数为 种差别有两个影响因素： 冷气到热气中的泄露，计算结果中假定无泄露。 悬浮在热气中的飞灰污染核心表面，这就使核心表面覆盖了一层 m K）的低热传导率层，依此循环由于核心墙表面增加了热阻，气体固有的核心物质能量传递就会恶化。 平均看来，对于所有的实验运行，实验和计算效率的比率为 当考虑 纵向传导时比率为 9 综述 本次研究指出了对像煤粉锅炉空气预热器这样运行的全规模回转换热器，理论建模应该怎样定性和定量地 预测实验数据。结果由冷热气出口温度分布和回热器效率表示。 理论上预测数据和相关出口气体温度的比较可以估计运行中空气预热器实验所需的定性和定量数据。这种估计关于在旋转方向气体出口温度变化的趋势的准确度是非常出色的。 75%（ 45%）定量测量的热（冷）气出口温度值在计算的不确定带里。然而，这么大的差异主要是因为出口热气体计算结果中相当大的不确定带。看上去似乎削减数据方法建立于漏气网络 15之上，而不是本论文中忽略压力变化和流动渗漏的方法。这种方法在决定流经回热器的气体质量流速方面可以提高精确度。 最后，可能回热 器效率是所做比较的实际意义中最重要的方面。在所展示的研究中可以看到，全尺寸空气预热器比理想建模下运行的性能要差。最终回热器效率差异的最大值为 7%，平均值为约 3%。 附件 2：外文原文（复印件）
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