湿空气透平循环(Humid Air Turbine Cycle,简称HAT循环),具有高效率、高比功、低污染等一系列优点,饱和器是影响湿空气透平循环性能的重要部件。国内外对湿空气透平循环的研究,主要是侧重于系统总体性能,而对饱和器的研究则主要针对有后冷HAT循环饱和器,对无后冷HAT循环饱和器的研究报道则较少。本文在研究了有后冷HAT循环饱和器的基础上,尝试利用实验研究和理论分析的方法,对无后冷HAT循环饱和器的性能进行探索性的研究,并且,对两种饱和器进行比较和分析。无后冷HAT循环饱和器的特点在于压气机出口空气直接(或再加热后)进入饱和器,在饱和器中是热空气冷水的传热传质过程,与有后冷HAT循环饱和器相比有其独特的特点。本文从实验和理论两个方面对两种饱和器的性能开展了全面的研究和比较。实验研究方面包括:(1)利用激光多普勒动态粒子分析仪(PDA),对饱和器喷嘴雾化粒径进行了实验测量研究。首先,对喷嘴压力与流量关系进行了实验测量,其次,利用PDA测量了HH系列喷嘴与Spray系列喷嘴的雾化粒径与压力的关系,并分析了喷雾粒径对饱和器性能的影响。(2)建立了HAT循环饱和器的实验台,用于研究无后冷和有后冷两种类型HAT循环饱和器的性能。主要研究了进口空气温度、水气比对于饱和器性能的影响,具体包括对饱和器出口空气温度、出口水温、出口相对含湿量的影响。通过实验研究发现,该种情况下实验台所能达到的最大出口绝对含湿量0.034Kg/Kg,相对含湿量可接近100%,实现了较好的加湿效果。(3)对无后冷HAT循环饱和器性能测试数据分析发现,随着入口空气温度的增加,饱和器的出口含湿量增加,即饱和器加湿能力加强;而水气比的增加使得饱和器出口相对含湿量增加,但绝对含湿量减小,其主要原因在于出口湿空气温度对绝对含湿量的影响。理论方面,根据水和蒸汽的IAPWS-IF97方程和空气的实际状态方程建立了湿空气物性模型,在此物性模型的基础上,建立了有后冷和无后冷HAT循环饱和器的一维逆流分布参数模型,对该饱和器进行了性能分析计算。具体工作如下:(1)分析了无后冷HAT循环中饱和器内部的传热传质机理,由此建立了该饱和器的一维数学模型,列出了饱和器的控制方程,方程采用改进的欧拉方法对方程进行了离散,然后利用C++编写程序来求解饱和器性能。(2)分析研究了水气比、进口空气温度、压力等进口参数对无后冷HAT循环饱和器性能的影响。通过计算发现,区别于有后冷HAT饱和器,无后冷HAT循环饱和器除了能降温加湿之外,还可能存在降温减湿的现象,其原因在于该类型饱和器可能存在冷水饱和压力低于入口空气中水蒸汽分压力的现象。因此,需要特别注意该类型饱和器的进口参数的设计,以达到加湿的目的。(3)理论研究发现,进口空气温度以及进口水温的增加能使得饱和器的加湿能力提高,而进口空气压力的提高则使得饱和器加湿能力减弱。并且,将理论研究与实验数据进行了比较,发现两者基本相符。此外,理论研究还给出了饱和器内各参数随着高度方向的分布情况,从而为饱和器的优化设计提供理论指导。(4)通过对本文研究的无后冷HAT循环饱和器与有后冷饱和器的比较发现,前者性能受进口气温影响较大,而有后冷HAT循环饱和器性能受进口水温影响较大。无后冷HAT循环的饱和器加湿能力较强,但是其对水温的要求较高,即入口水温应高于入口空气的湿球温度,否则就有可能存在饱和器不加湿反而减湿的现象。