针对1 k W以上高功率自由活塞斯特林发电机,本文提出了一种适用于熔融盐、液态金属等外部流体传热的高温换热器结构,并对以液态钠为载热流体、耦合发电机的换热特征进行了仿真和优化。基于发电机氦气侧换热特性,利用计算流体动力学(CFD...针对1 k W以上高功率自由活塞斯特林发电机,本文提出了一种适用于熔融盐、液态金属等外部流体传热的高温换热器结构,并对以液态钠为载热流体、耦合发电机的换热特征进行了仿真和优化。基于发电机氦气侧换热特性,利用计算流体动力学(CFD)仿真考察了槽道结构、进出口管以及载热流体类型等对高温换热器外部载热流体的流动换热特性以及周向流率均匀性的影响。并探究了换热器轴向温度梯度对发电机输出性能的影响。计算结果表明:当液态钠的进口流率为0.7 kg/s(对应换热槽道内的雷诺数为6697)时,结构优化使液态钠的压降由10.32 kPa降低至4.18 kPa,对流换热系数由32.41 k W/(m^(2)·K)增加至34.46 k W/(m^(2)·K),高温换热器内换热槽道的质量流率分布更均匀,0.01∼0.02 kg/s范围内的换热槽道数占总槽道数的75%。高温换热器在轴向上会存在温度梯度,与负温度梯度相比,正温度梯度可将发电机热电效率从28.01%提升至28.15%。展开更多
文摘针对1 k W以上高功率自由活塞斯特林发电机,本文提出了一种适用于熔融盐、液态金属等外部流体传热的高温换热器结构,并对以液态钠为载热流体、耦合发电机的换热特征进行了仿真和优化。基于发电机氦气侧换热特性,利用计算流体动力学(CFD)仿真考察了槽道结构、进出口管以及载热流体类型等对高温换热器外部载热流体的流动换热特性以及周向流率均匀性的影响。并探究了换热器轴向温度梯度对发电机输出性能的影响。计算结果表明:当液态钠的进口流率为0.7 kg/s(对应换热槽道内的雷诺数为6697)时,结构优化使液态钠的压降由10.32 kPa降低至4.18 kPa,对流换热系数由32.41 k W/(m^(2)·K)增加至34.46 k W/(m^(2)·K),高温换热器内换热槽道的质量流率分布更均匀,0.01∼0.02 kg/s范围内的换热槽道数占总槽道数的75%。高温换热器在轴向上会存在温度梯度,与负温度梯度相比,正温度梯度可将发电机热电效率从28.01%提升至28.15%。
