微型燃氣輪機具有其體積小、污染低、維護性低、可靠性高、使用天然燃料等優(yōu)點，而回熱器是微型燃氣輪機機組提高微型燃氣輪機機組效率的重要部分。傳熱和壓降特性是設計高效回熱器的重要因素。回熱器通過傳遞廢氣中的熱量來預熱壓縮空氣，從而降低燃料消耗，將微型燃氣輪機機組的熱效率從16-20%提高到30%。PSR（一次表面回熱器）優(yōu)化設計的基本原則是重量輕、壓力損失小、廢氣與壓縮空氣之間高傳熱率。

微型燃氣輪機采用許多類型的回熱器，如環(huán)形CWPS回熱器、漸開線型元件回熱器等。本文對多種微型燃機回熱器進行簡單綜述。

板翅形回熱器是用一次傳熱表面的板作隔板，另以二次傳熱表面的弓形或齒形翅片與板形成流道的回熱器。它由隔板、翅片和封條三種元件組成，一般燃氣流道與空氣流道相間積疊成單元體，燃氣的熱量通過隔板和翅片傳給空氣，通常將翅片用銅焊接在金屬片上以保證良好的傳熱性。

板翅式的優(yōu)點是傳熱系數高，結構緊湊，單位體積傳熱面積大，可達1500～2500m²/m³；重量輕、強度高、工作溫度和壓力范圍大，特別適合高壓循環(huán)。其缺點是結構較復雜，要求加工工藝和單元體組焊技術高，流道小、壓損較大。但近年來由于設計和工藝水平的不斷提高，它的應用最為廣泛，國內也已基本具備了研制條件。

圖1 部分板翅式表面的幾何形狀

它除了具有傳統(tǒng)板翅式換熱器所具有的緊湊、高效等特點外，它還滿足低成本、能進行大量生產的要求。這種回熱器的設計思想是在一卷金屬薄板材上壓制出呈一定角度的波狀起伏的表面，并在薄板的兩邊分別焊接上封條。然后把帶封條的薄板反復折疊，這樣就形成金屬薄板格開的兩種流道。封條的厚度剛好使得折疊后在兩邊形成一面金屬墻。

由于一次表面回熱器的全部傳熱表面是一次表面，能以百分之百效率傳熱，還可以節(jié)省金屬，實現(xiàn)制造較輕的回熱器。以上種種好處使得回熱器制造成本大大降低，以至于其只有所需金屬材料成本的1.5倍。

自20世紀70年代開始，Caterpillar Tracto r Co.公司開發(fā)了一次表面回熱器。霍尼韋爾公司開發(fā)了一種主表面反流回熱器，如圖3(a)，(b)和(c)所示。在回熱器中，用于主傳熱區(qū)域的CC板被焊接在外圍。它有兩個包裹著的平板。它被設計為一個瑞士卷的樣子，燃燒器被包裹在回熱器內，用于主傳熱區(qū)域的CC板被焊接在外圍。隨著回收循環(huán)的應用，微型燃機的熱效率提高，油耗率降低。

其中T_{air in}、T_{air out}和T_{gas in}分別為回熱器進氣、出口空氣和進氣廢氣的溫度。

總相對壓降為

微型燃機回熱器設計的主要目標是確定回熱器的幾何形狀，以確定傳熱效率、壓降、緊湊的回熱器尺寸、低成本要求和更高的效率之間的協(xié)調。

對于回熱器傳熱性能的研究，國外學者主要采用實驗研究和數值模擬研究的方法，如采用最優(yōu)理論對PSR進行優(yōu)化設計分析，以確定PSR的最優(yōu)結構和流量參數，從而使PSR的結構、流量和傳熱組合性能達到最佳效果。PSR優(yōu)化設計的基本目標是重量輕，壓損低，傳熱系數高。

CFD方法被應用于預測各種主表面型回熱器的換熱性能和壓損。比如，使用STAR-CD，通用CFD軟件對 上述Swiss-roll回熱器的設計進行建模和分析質量、動量和能量守恒用SIMPLE算法求解。Swiss-roll燃燒器或熱量循環(huán)燃燒器被用作熱電系統(tǒng)的加熱器。該回熱器的分析由CFD完成 模型。

再比如通過CFD方法估計在層流條件下，適用于CU型結構的熱力性能利水力性能。結果表明：CU型結構要比簡單的直管型結構的性能好，而且CU型回熱器的性能與結構的幾何參數，比如波紋和擾動方向之間的夾角以及波紋的內部高度等，都有很大的關系。

文章來源：燃氣輪機聚焦