外文翻譯旋轉(zhuǎn)回?zé)崞骼碚撆c熱力發(fā)電廠的一臺

1、 南 京 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯學(xué)院（系）： 動力工程學(xué)院 專 業(yè)： 熱能與動力工程 姓 名： 學(xué) 號： (用外文寫)外文出處： experimental thermal and fluid science 28 (2004) 257-264 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件1：外文資料翻譯譯文旋轉(zhuǎn)回?zé)崞骼碚撆c熱力發(fā)電廠的一臺空氣預(yù)熱器實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較摘要：這篇論文的目的是要比較基于理論建模獲取的結(jié)果與在一臺全尺寸運(yùn)行著的空氣預(yù)熱器上直接測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。首先，在論文中會系統(tǒng)地闡述旋轉(zhuǎn)回?zé)崞髂芰總鬏斈Ｐ?/p>

2、，其中包括母體縱向熱傳導(dǎo)。然后介紹該模型方程組的解法，這種解法在筆者以前的論文中曾經(jīng)提到過。熱交換氣體和不停旋轉(zhuǎn)的母體的溫度分布用三維圖來描述。對直徑5.3 m的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器計(jì)算得出的溫度分布將和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作比較。并從理論和實(shí)驗(yàn)的比較中找到正確的趨勢和合理的一致性。最后，比較計(jì)算和實(shí)驗(yàn)回?zé)崞鱾鳠徇^程的有效性，并將看到在回?zé)崞饔行约s為88%時(shí)，一致性在3%之內(nèi)。1 引言 旋轉(zhuǎn)式換熱器的一個(gè)重要特點(diǎn)就是兼小巧和高性能于一體。這種換熱器有一個(gè)圓盤式的母體核心，在母體核心里有非常多的傳熱面。盤不停轉(zhuǎn)動，并總有一部分核心浸在熱流之中，其它部分浸在冷流中。當(dāng)熱氣依次穿入核心的流動通道時(shí)，母體儲存能量。

3、反過來，冷氣流經(jīng)相同的通道時(shí)，母體核心釋放能量給冷流。由于熱量是在每個(gè)母體部件上交替地被儲存和釋放而不是通過隔開兩種流體的墻來傳遞，旋轉(zhuǎn)式換熱器經(jīng)常適用在如旋轉(zhuǎn)式回?zé)崞魃?。?910-1930年回?zé)崞髦袩醾鬟f分析創(chuàng)始并發(fā)展于德國。在1948年之前，所有的模型都基于一系列傳統(tǒng)理想化條件。shah1列出了這些理想化條件。1948年后mondt2就已經(jīng)根據(jù)研究的發(fā)展提出了附加的參考條件，其中考慮到了縱向傳導(dǎo)在分析中的影響。為了確定回?zé)崞鞯臒醾鬟f有效性包含縱向傳導(dǎo)的影響，bahnke和howard3定量地分析了旋轉(zhuǎn)回?zé)崞鲉栴}。他們指出有效性取決于ntu0 ，c* ，（a）* ，as* ，以及所提供的結(jié)

4、果，且這些結(jié)果是對于很大范圍的參數(shù)而言的：1ntu0100，0.9c*1，0.25（a）*as*1,0.010.32。在有限的工業(yè)實(shí)用范圍里，shah4用一個(gè)代數(shù)公式把bahnke和howard的結(jié)果聯(lián)系起來。在一系列的論文里，對于在母體墻上包含縱向傳導(dǎo)影響旋轉(zhuǎn)式回?zé)崞鞯膯栴}，skiepko5-7得到了一種分析解法?；谶@種解法，他估計(jì)了在氣體里零維回?zé)崞髂Ｐ蛥?shù)及母體溫度分布的影響，并給出三維溫度分布圖。romie8通過兩個(gè)輔助因素表述出墻縱向熱傳導(dǎo)對回?zé)崞饔行缘挠绊憽８恍┑臅r(shí)候，shah和skiepko提出在（a）*as*時(shí)關(guān)于回?zé)崞饔行缘臄?shù)據(jù)。我們得出結(jié)論，以上所有提到的結(jié)果都是

5、基于理論上的建模。在公開文獻(xiàn)中沒有模型結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較。本論文的目的就是要通過對模型和運(yùn)行著的旋轉(zhuǎn)式換熱器測試性能的比較，在一定程度上填補(bǔ)這方面的空白。2 控制方程組 圖1.包含母體縱向熱傳導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)回?zé)崞髂Ｐ蛨D1顯示的是一個(gè)回?zé)崞髂Ｐ汀D中表示出坐標(biāo)系和定向母體熱傳導(dǎo)系數(shù)：k和k。這個(gè)例子作如下假定：在和氣體流動平行的方向上kkm有限數(shù)0，并且在母體旋轉(zhuǎn)的方向上k=0。根據(jù)skiepko和shah9，控制方程系為：下列邊界條件的主題詞為：l 氣體溫度 l 母體溫度的聯(lián)系 l 假定母體表面的絕熱度 以上簡單陳述的問題和bahnke及howard所研究的完全相同。他們用定量分析的方法解決了這個(gè)

6、問題。3 解法和結(jié)果 圖2.旋轉(zhuǎn)換熱器中氣體溫度分布,取決于模型解6: ntuj =8，c*r,j =2，j=0， 001和0.02，j=1，2依據(jù)siepko5，6提出方法可以分析地解出方程（1）-（7）。 決定氣體和處于冷流及熱流地帶的母體溫度分布的最終方程組可以成為無限系列的形式6。由于空間有限，這里就不給出了。通過截短無限系列得到某種有限數(shù)量的形式，并運(yùn)用相應(yīng)的方法處理邊界方程5和6，可以獲得一線性方程組。它的解從數(shù)值上決定了無限系列的系數(shù)。圖3. 旋轉(zhuǎn)換熱器中母體溫度分布,取決于模型解6: ntuj =8，c*r,j =2，j=0， 001和0.02，j=1，2在圖2和圖3中，顯示了

7、在方程組1-7的解的情況下氣體和母體溫度的分布。我們注意到在氣流方向和在母體旋轉(zhuǎn)方向氣體和母體溫度區(qū)域的非線性都很明顯。用參數(shù)j的三個(gè)值來顯示縱向母體熱傳導(dǎo)影響，那就是，當(dāng)不考慮傳導(dǎo)影響時(shí)1=2=0，以及1=2=0.01和0.2。溫度在坐標(biāo)變化量上的變化趨勢表明，當(dāng)1和2的值大于0.01左右時(shí)，氣體和母體溫度區(qū)域主要受熱傳導(dǎo)影響。如果想了解傳導(dǎo)對氣體和母體溫度分布影響分析的更多細(xì)節(jié)，請參照skiepko6，7。方程組（1）-（7）所描述的模型建立在一系列理想化條件上，這樣就使問題的解決更簡單。然而，這種理想化在其所依賴的溫度分布里導(dǎo)致的偏差只能和實(shí)驗(yàn)數(shù)值作比較才能估計(jì)出。4 換熱器實(shí)驗(yàn)測量我們

8、現(xiàn)在將在回?zé)崞鞒隹诶錈釟怏w分布和回?zé)崞饔行苑矫姹容^建模和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由此定量估計(jì)出建模的偏差。實(shí)驗(yàn)旋轉(zhuǎn)回?zé)崞鞯募?xì)節(jié)在skiepko10里有敘述，所以在此只給出摘要。這里所描述的實(shí)驗(yàn)是在一臺煤粉鍋爐的旋轉(zhuǎn)換熱器（空氣預(yù)熱器）上進(jìn)行的。所研究的預(yù)熱器幾何數(shù)據(jù)如下：l 轉(zhuǎn)子直徑：5.3m；l 冷熱面總傳熱面積：12504m2；l 部分布置：煙道氣體/空氣：6/5；l 鐵片制母體質(zhì)量：41560kg；旋轉(zhuǎn)速度：2.32rpm；l 母體部件熱端：高：1層500mm+2層400mm，總共1300mm；薄片厚度：0.7mm；填料表面面積密度：402m2/m3；液壓直徑：8.54mm；孔積徑：0.859；l

9、母體部件冷端：高：1層300mm；薄片厚度：1mm；填料表面面積密度：440m2/m3；液壓直徑：7.09mm；孔積徑：0.78。注意到總氣體和空氣流長度達(dá)1600mm。特別留意到了測量具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這個(gè)區(qū)域回?zé)崞鞯倪\(yùn)行中，定時(shí)的測量會監(jiān)控其運(yùn)行。另外一些測量被巧妙地安裝在上面，這樣理論和實(shí)際的測量就可以進(jìn)行比較，如下：l 預(yù)熱器在同樣更高壓力（冷）和更低壓力（熱）氣流的入口和出口的溫度和恒定壓力；l 更高壓力冷氣體（空氣）流入預(yù)熱氣的物質(zhì)流速；l 預(yù)熱器入口煙管氣體分析，和作為燃燒掉的燃料分析。在圖4中，顯示了管道的布置和溫度、煙道氣體分析、恒定壓力以及物質(zhì)流速的測量點(diǎn)位置。空氣和煙道氣體

10、溫度由帶刻度的熱電偶來測量。熱電偶分別由兩根直徑0.5mm的鎳-鉻合金和鎳-鋁合金制成，氣體側(cè)熱電偶被保護(hù)起來以防腐蝕。熱電偶接在支撐管桿的鋼上。這些管道穿過回?zé)崞鳉ど厦芊獾膱A形小窗口上可以通過穿越測試區(qū)到達(dá)很遠(yuǎn)的測量點(diǎn)。每一個(gè)探測器都由包有鋼皮的長金屬絲連接到相應(yīng)的6點(diǎn)熱量計(jì)上。熱量計(jì)的冷結(jié)點(diǎn)保持在50，并用銅絲從熱量計(jì)接到熱電壓自動記錄系統(tǒng)上。每兩分鐘，所有的溫度測量都會記錄一次。如圖4所示，煙道氣體和空氣壓力，以及流量計(jì)管道的壓力差由以酒精為工質(zhì)的傾斜式小型壓力計(jì)測量。在實(shí)驗(yàn)開始之前，先要校準(zhǔn)流量計(jì)以決定合適的流量系數(shù)值。恒定壓力每10分鐘測量一次，壓差每2分鐘測量一次。煙道氣體分析由一

11、臺自動氣體分析儀完成。它利用藥物根據(jù)吸收定律來分析煙道氣體co2和o2成分。由于測試區(qū)和氣體分析儀（位于一可移動盒內(nèi)）距離很長（ 圖4.所研究預(yù)熱器的流動系統(tǒng)布局及測試點(diǎn)位置20m），所以煙道氣體得通過一吸引系統(tǒng)不斷傳輸?shù)椒治鰞x里。這個(gè)系統(tǒng)由內(nèi)徑4mm的銅管組成，銅管一端如圖4所示到達(dá)測試區(qū)，管身和熱電偶一起穿過相同的密封窗口并也接在同樣的支撐桿上。管的另一端聚集在一起連在由柔韌管道制成的收集器上。收集器接在由工廠裝置提供的壓縮空氣驅(qū)動的排出泵上。分析儀和平均收集器（排出泵之前）相連。分析儀的水銀泵從收集器中吸取煙道氣體。分析頻率被定為每12分鐘一次。得到的分析結(jié)果畫在一根帶子上表示出co2和

12、co2+ o2容積。我們假定是燃燒燃料分析，每小時(shí)4次采樣，每次采樣都是1kg燃燒燃料（煙煤）。每次采樣都分別從鍋爐傳送帶到密封金屬罐中提取。采樣被送入實(shí)驗(yàn)室并遵照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行基本燃料分析和燃燒值分析。所有的脈沖導(dǎo)管就像熱電偶，接在密封空間測試裝置上的轉(zhuǎn)送器，氣體分析儀，小型壓力計(jì)聚集在一起導(dǎo)入到一可移動式盒中。在那里有測量裝置和記錄儀。主要鍋爐參數(shù)如容積、運(yùn)行蒸汽壓力和溫度，燃燒過程參數(shù)每次實(shí)驗(yàn)之前在4小時(shí)運(yùn)行中適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的許可范圍內(nèi)（在大型蒸汽鍋爐的運(yùn)行當(dāng)中，小波動是不可避免的）被穩(wěn)定，以避免短暫的偏離影響限制在一定范圍內(nèi)的全面數(shù)值。隨后，回?zé)崞鳒囟?，壓力和流動測量就可以進(jìn)行了。每次實(shí)驗(yàn)持續(xù)

13、2小時(shí)。moffat（11）對實(shí)驗(yàn)的不確定性作了分析。關(guān)于不確定性在直接測量中的性質(zhì)，考慮如下可能引起誤差的根源：（1）測量裝置及裝置線路的不確定性；（2）隨機(jī)誤差。就非直接測量性質(zhì)而言，最終的不確定性估計(jì)步驟如下。首先，根據(jù)每一直接測量的不確定性計(jì)算每一非直接測量的擾動。然后所有有用的擾動聯(lián)合在一起進(jìn)行根-和-平方計(jì)算得出最終的不確定性值。最終不確定度在68.3%可信度的估計(jì)值依次為：l 熱氣體物質(zhì)流速：10%l 冷氣體物質(zhì)流速：3%l 入口冷熱氣體溫度平均值：25 模型進(jìn)口數(shù)據(jù)及相關(guān)的無量綱參數(shù)在第2部分中已經(jīng)明確說過，溫度分布計(jì)算取決于一系列無量綱參數(shù)。為了進(jìn)行比較，這些參數(shù)必須由輸入的

14、數(shù)據(jù)決定。數(shù)據(jù)從相同的實(shí)驗(yàn)中得到，并和計(jì)算結(jié)果作比較。這樣的數(shù)據(jù)包括：氣體質(zhì)量流速，氣體入口溫度和相關(guān)熱物理性質(zhì)，描述所研究回?zé)崞鲙缀螛?gòu)造和表面?zhèn)鳠崽匦缘脑O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)是從一臺全尺寸回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器上實(shí)驗(yàn)獲得的。從方程組（1）-（7）很明顯地看出依情況而定的溫度是ntuj ，c*r，j ，j，z，j，j=1，2的函數(shù)。然而，為了表現(xiàn)結(jié)果可以另選一組無量綱參數(shù)來代替模型方程（1）中所用到的參數(shù)。另選的這組和banke和howard3使用的一樣。代替組和方程組（1）-（7）中原來組的關(guān)系如下，且cmin=c2：無量綱氣體出口溫度可以象征性地寫成方程組（8）-（13）參數(shù)的函數(shù)形式：l 熱氣體出口

15、溫度： l 冷氣體出口溫度： 氣體和母體溫度分布的計(jì)算使模型參數(shù)值保持與實(shí)驗(yàn)記錄值一致。氣體溫度計(jì)算中參數(shù)（8）-（13）的值在表1中給出。表1.冷熱氣體出口溫度計(jì)算的無量綱參數(shù)平均值6 氣體溫度計(jì)算中的不確定度我們需要特別注意由實(shí)驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)決定的氣體和母體溫度分布的計(jì)算。這是因?yàn)樘囟ǖ膶?shí)驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)如第5部分中特定數(shù)據(jù)受相關(guān)的不確定度影響而不精確。就目前的數(shù)據(jù)，可以就以下步驟來計(jì)算最終的不確定度。首先，根據(jù)第4部分中所報(bào)的每個(gè)輸入數(shù)據(jù)的不確定度，利用方程組（1）-（7）的解計(jì)算冷熱氣體出口溫度的擾動。然后，所有有用的數(shù)據(jù)聯(lián)合在一起進(jìn)行根-和-平方計(jì)算，得到最終計(jì)算結(jié)果的不確定度估算值。初步數(shù)據(jù)

16、實(shí)驗(yàn)表明流經(jīng)回?zé)崞骼錈釟怏w物質(zhì)流速和決定氣體-母體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的關(guān)系式（這里根據(jù)kays和london13的推薦估計(jì)）不精確引發(fā)的不確定性是在溫度分布計(jì)算準(zhǔn)確度方面主要不可避免的影響。因此，只需要考慮這兩種不確定因素即可。7 計(jì)算和實(shí)驗(yàn)出口氣體溫度的比較在這一部分中，我們來演示由計(jì)算和實(shí)驗(yàn)決定的氣體出口溫度的比較。典型結(jié)果在圖5-8中能清晰地顯示出來。顯示的每一種情況都對應(yīng)于表1中的一組相關(guān)無量綱參數(shù)。輸入數(shù)據(jù)的不確定使得最終計(jì)算結(jié)果分布在一條不確定帶之內(nèi)，在圖中用陰影區(qū)域表示。直接測量的氣體溫度平均值用標(biāo)明，并由于相關(guān)不確定度值太小，不予以標(biāo)出?；仡櫵袑?shí)驗(yàn)運(yùn)行的結(jié)果，可以作如下的觀察（圖5

17、-7作為例子）：l 計(jì)算氣體出口溫度變化趨勢和實(shí)驗(yàn)中決定的變化非常相似。 圖5.計(jì)算出口氣體溫度分布及2號情況下實(shí)驗(yàn)測量回?zé)崞鲾?shù)據(jù)，陰影為計(jì)算得出的不確定帶 圖6.在4號情況下出口氣體溫度分布 圖7.在8號情況下出口氣體溫度分布l 實(shí)驗(yàn)測量的熱氣體出口溫度值約有75%在計(jì)算熱氣體出口溫度區(qū)域的確定帶內(nèi)。l 實(shí)驗(yàn)測量的冷氣體出口溫度值約有46%在計(jì)算冷氣體出口溫度區(qū)域的確定帶內(nèi)。l 計(jì)算熱氣體出口溫度比計(jì)算冷氣體出口溫度的不確定性要顯著地大。這是由于熱氣體質(zhì)量流速是間接地通過一種削減方法14決定的。這種方法建立的基礎(chǔ)是：co2體積減少的測量采取對燃燒氣體進(jìn)入和離開回?zé)崞鞯姆治?。相反，冷氣體物質(zhì)流

18、速的測量用的是流量計(jì)，其準(zhǔn)確度理所當(dāng)然會很好。8 計(jì)算相對于實(shí)驗(yàn)的回?zé)崞鱾鳠嵝饰覀儸F(xiàn)在將比較計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的回?zé)崞鱾鳠嵝手怠Ｒ驗(yàn)樗腥肟诤统隹诘睦錈釟怏w溫度已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中測量了（跨過前幾部分可看圖4）并且在所有實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中ccch（見表1），回?zé)崞鞯男式o出為：對于實(shí)驗(yàn)中效率，所有在方程（16）中預(yù)想的平均溫度決定于直接測量數(shù)據(jù)以及相關(guān)的不精確度：2對于所有進(jìn)口溫度，最大4對于出口溫度。在圖8中實(shí)驗(yàn)效率用方框符號表示。效率的計(jì)算有兩種途徑：（1）利用測量的和其它表1中的無量綱組，通過模型方程（1）-（7）計(jì)算。這種情況包括了母體墻縱向傳導(dǎo)的影響。在圖8中其結(jié)果用實(shí)心三角形表示。用測量數(shù)據(jù)（在表1中

19、給出）計(jì)算ntu0 ，c* ，c*r和（a）*，并用kays和london的方法13（比如，忽略縱向傳導(dǎo)）決定回?zé)崞鞯男?。在圖8中其結(jié)果用實(shí)心圓表示。在圖8中可以看到，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了回?zé)崞餍蕦tu0 和c*的依賴，比如當(dāng)ntu0 值增加而c*值減少時(shí)效率增長，參見圖8中的趨勢線。由于c*r的實(shí)驗(yàn)值很大，10.7c*r15.6，所研究的回?zé)崞餍阅芨咏谀媪鲗Φ任?，因此c*r的影響可忽略。在所研究的情況中母體熱傳導(dǎo)的影響并不重要。這是因?yàn)榉匠蹋?1）中傳導(dǎo)參數(shù)的值對于表1中情況來說非常小。比方說，0.002-0.003的工作狀況大體上比bahnke和howard3使用的最低值要小。趨勢線依次表示kays和london13（不包含熱傳導(dǎo)）計(jì)算效率和用方程組（1）-（7）建模的效率。無熱傳導(dǎo)情況下的那條線略在上方，且這條線在圖8中僅作為計(jì)算效率的最高限度。盡管如此，兩條線之間還是非常接近。從圖8中看出，所有實(shí)驗(yàn)決定的回?zé)崞餍示?/p>