管间高粘度流体的有效传热温差缓变特性

通过数值模拟,研究了85%甘油在旋流片支撑光滑管管束间纵向流动的传热与流阻特性,并与无支撑光滑管束的纵向流动进行了对比,揭示了高粘度流体置换类强化传热方法的有效传热温差缓变特性机理。研究结果表明,层流时,小扭率与大角度旋流片支撑的光滑管管束的传热综合性能更佳,旋流片支撑光滑管管束在有旋流片段可以通过提高有效传热系数与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低了流体的输送功耗。     

旋流片支撑缩放管管束的复合强化传热

提出了由旋流片支撑缩放管管束的管壳式换热器壳程结构，对壳程工质为空气时，4种类型旋流片和空心环分别支撑缩放管管束的传热与流阻性能进行了实验研究，并进行了相互比较。实验结果表明：工质为空气时，270-20.3、180-20.3两种旋流片分别与缩放管管束配合，均具有优良的复合强化传热性能。尤其是270-20.3旋流片与缩放管管束配合，当Reynolds数为2000～20000时，其强化传热综合评价因子比空心环与缩放管管束配合时平均高出18%。     

旋流片支撑缩放管管束传热与流动的数值模拟

通过数值模拟,以水为工质,研究了湍流时旋流片支撑缩放管管束管间的传热综合性能,并与无支撑光滑管管束、无支撑缩放管管束及旋流片支撑光滑管管束的传热性能进行了对比,分析了不同结构参数对其传热综合性能的影响;揭示了旋流片支撑缩放管管间流体速度场与温度场之间的协同性。结果表明:旋流片支撑急扩慢缩型缩放管管束相对急缩慢扩型具有更好的传热综合性能,且都比旋流片支撑光滑管管束的传热综合性能好,但二者都没有对应的无支撑缩放管管束综合性能好;具有小角度跟大扭率结构的旋流片更有利于旋流片支撑管束传热综合性能的提高;相对旋流片支撑光滑管管束与无支撑缩放管管束,旋流片支撑缩放管管束强化传热的原因在于传热场协同的增强作用更为明显。考虑管间支撑物支撑管束与抗振的必要性,旋流片支撑缩放管管束是一种高效的壳程强化传热措施,文中条件下通过优化,最大传热综合性能能达到1.057。     

糖厂蒸发器的强化传热及多效蒸发的节能优化

通过实验研究了内插旋流片的缩放管对糖汁蒸发传热的影响,对缩放管和不同个数旋流片对强化传热的影响做了比较分析。与传统蒸发器相比,内插旋流片缩放管的蒸发传热系数提高150%~200%;在此基础上,利用内插不同个数的缩放管对糖厂蒸发器进行改造,对多效蒸发系统进行优化,在相同的总传热温差和总传热面积下,传热系数的提高能够增加系统效数,进而使生蒸汽消耗量减少。优化结果表明,生蒸汽消耗量最减少37%左右,从而达到节能目的。     

管内插入旋流片的流动和传热的数值模拟

为了获得较好的传热性能,提出一种在缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热方法。采用水为流动介质,在湍流状态下,通过数值模拟,详细研究了缩放管内插入旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同。对缩放管插入不同结构旋流片的热阻性能与缩放管和光滑管进行了比较,模拟结果表明,在相同条件下,传热系数和阻力系数最大分别提高25%,120%,120%,370%。缩放管与旋流片的复合使用能有效地改善速度场和温度场的协同程度,是提高换热性能的一个有效手段。     

层流传热中有效传热温差的改善及复合强化传热

从层流流体有效传热温差的新视角出发, 分析与探讨了换热器层流传热的强化理论。首先对层流流体有效传热温差的现象、细节及其变化规律进行了分析, 揭示了采用插入物强化层流传热的内在强化机理, 探讨了有效传热温差缓变特性的合理利用方法, 提出了改善层流有效传热温差的寻优途径; 其次, 分析研究了缩放管粗糙传热肋面与插入物相配合的协同传热强化机理, 揭示了粗糙肋面协助改善层流有效传热温差的作用与规律。     

矩形缩放管间插入旋流片的传热实验研究

为了研究新型换热器——矩形管束换热器的传热性能,采用矩形缩放管间插入一组旋流片来研究旋流片下游的传热与流阻性能,并与光滑矩形管的传热和流阻进行比较。实验结果表明:在实验范围内(19 000Re44 000),随着下游距离的增大,旋流片产生的自旋流逐渐衰减,局部Nu数和阻力系数减小,并且局部Nu数的下降速度要慢于阻力系数的;当下游距离在0—200 mm时,阻力系数下降的程度较大;旋流片下游在得到强化传热的同时,阻力增加也很大。     

粗糙管换热器带自旋流的复合强化传热技术

介绍了粗糙管换热器中沿传热管轴向间隔分置旋流片的两区协同强化传热方法。旋流片使流体产生螺旋流,螺旋流在离开旋流片之后依靠自身的运动惯性保持一定距离的自旋流,对管道近壁区与中心区产生互动的协同传热强化。此外,该方法也可用于管间,除了对管间管束的机械支撑外,旋流片也可使管间流体产生自旋运动,实现壳程流体的两区协同传热强化。对现有工业系统的换热器技术升级、实现节能降耗意义重大。     

壳程流体纵向冲刷型高效气-气管壳式换热器的传热与流阻性能的研究

本文以缩放管和螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了在换热器壳程中以气体纵向冲刷为结构特征的气-气管壳式换热器的传热与流阻性能,并与弓形隔板管壳式气-气换热器在相同传热温差与传热负荷,相同气体流量与气体压降的条件下做了传热性能的比较,结果表明,缩放管气-气管壳式换热器的总传热系数要比弓形隔板管壳式气-气换热器高64.8%,可节省40%的传热面积.     

管内周期性自旋流强化传热的结构优化

在圆管内间隔插入多个旋流片的流道中,流体流动呈现周期性自旋流.用数值模拟方法对空气湍流情况的传热和流阻性能受相邻旋流片间距L_p、旋流角β和旋转角α3个因素的影响进行了分析,并得出旋流片的优化结构,而且实验验证了数值模拟预测的正确性.结果表明：α越大,传热性能越好,阻力越大;L_p越小,传热性能越好,阻力越大;β越大,传热性能越好,而阻力损失因受到摩擦阻力和形体阻力的综合影响而呈现非单调变化.旋流片的最佳结构参数为：旋流角β为20.3°,旋转角α为180°,相邻旋流片间距L_p为33d.与α相比,β对传热和流阻性能的影响更显著.     

缩放管内带衰减性自旋流的局部性能

The distributions of thermal resistance in viscous sublayer,buffer region and turbulent core region,local flow resistance and local heat transfer characteristics at different locations downstream of the twisted-tape element were numerically studied in a converging-diverging tube inserted with spaced twisted-tape element by analyzing the attenuation of self-sustaining swirl flow.The results showed that the local performance was poor as thermal resistance was too concentrated in its distribution for a particular region.The more uniform the distribution of thermal resistance,the better the local performance.The local performance reached its best when the fluid just left the spaced twisted-tape,in which the flow resistance dropped substantially but the enhancement of heat transfer was still significant.The self-sustaining flow was maintained at a long distance.The best performance was at the length of 36.85 times the diameter,increasing by 6.8% compared with a converging-diverging tube.     

含间隔分置旋流片的缩放管复合强化传热

Pressure drop and compound heat transfer characteristics of a converging-diverging tube with evenly spaced twisted-tapes （CD-T tube） have been investigated experimentally. Swirl was generated by evenly spaced twisted-tape elements which vary in twist ratio and rotation angle. Space ratio also has an important effect on the characteristics. For comparison, experiments in a smooth circular tube and a converging-diverging （CD） tube with-out twisted-tapes were carried out. The results show that the twisted-tape with twist ratio y=4.72 and rotation angle θ=180° has the best performance among the four types of twisted-tapes presented in this paper. At Reynolds number ranging from 3400 to 20000, when space ratio s=48.6, the heat transfer efficiency index, which increases as the Reynolds number increases, is 0.85-1.21 and 1.07-1.15 compared to that of a smooth circular tube and a CD tube without twisted-tape inserts, respectively.     

内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性研究

通过数值模拟对内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性进行了计算与分析,结果表明:换热管的对流传热强度随着扭带数量的增加而提高,随着扭带扭率的减小而提高。流动阻力损失相对于空管有很大程度的提高。传热性能评价指标在湍流时普遍较低,故多螺旋扭带换热管的使用应考虑流动阻力损失的影响。     

换热器自转螺旋扭带自动阻垢技术应用研究

以内置自转塑料螺旋扭带换热器为研究对象,对换热管中有、无自转扭带时污垢的粘附速率、换热器的动态污垢热阻、管壁的磨腐速率进行了工业应用对比试验研究。研究结果表明:自转清洗扭带的防垢、除垢、清洗效果显著,扭带管的污垢平均粘附速率是普通光管的54%;动态污垢热阻比光管下降了30%;塑料扭带对管壁的磨损微乎其微。为自转螺旋塑料扭带的工业应用推广提供了依据。     

缩放管内插双扭带复合强化传热的数值模拟(英文)

The paper presents a 3D numerical simulation of turbulent heat transfer and flow characteristics in converging-diverging tubes(CDs) and converging-diverging tubes equipped with twin counter-swirling twisted tapes(CDTs).The effects of Reynolds number(Re 10000-20000),pitch length(P 11.25,22.5 mm),rib height(e 0.5,0.8,1.1 mm),pitch ratio(δ1:8,5:4,8︰1),gap distance between twin twisted tapes(b 0.5,4.5,8.5 mm) and tape number(n 2,3,4,5,6) on Nusselt number(Nu),friction factor(f) and thermal enhancement factor(η) are investigated under uniform heat flux conditions,using water as working fluid.In order to illustrate the heat transfer and fluid flow mechanisms,flow structures in CDs and CDTs are presented.The obtained results reveal that all geometric parameters have important effects on the thermal performance of CD and CDT,and both CD and CDT show better thermal performance than plain tube at the constant pumping power.It is also found that the increases in the Nusselt number and friction factor for CDT are,respectively,up to 6.3%-35.7% and 1.75-5.3 times of the corresponding bare CD.All CDTs have good thermal performance with η greater than 1 which indicates that the compound heat transfer technique of CDT is commendable for the maximum enhanced heat transfer rate.     

自转螺旋扭带管内湍流特性研究

应用激光测速仪LDV(Laser Doppler Velocimeter)对自转塑料螺旋扭带管的湍流特性进行了实验研究。结果表明：与普通光管内流体的流动相比,自转塑料螺旋扭带管内流体的湍流特性发生了根本性的变化：流体在自转塑料螺旋扭带的带动下,呈螺旋流动,而且在近管壁环形区域内流体的轴向分速度明显比管中心区域的高,提高幅度为25％左右,轴向湍流度比无自转扭带的大,提高幅度为68％左右;切向分速度随半径的增大而增大,而且切向湍流度很大,比轴向湍流度大10倍左右。流体的这些湍流特性的测得为自转塑料螺旋扭带管内对流传热强化机理的深入理论研究提供了实验支持。     

换热管内插入间隔自旋扭带流阻与传热特性的实验研究

通过实验研究了内置间隔自旋扭带的换热管的传热和流阻特性。实验结果表明,间隔扭带的换热系数和摩擦系数都低于全长扭带;扭转比越大,间距对换热管阻力和传热特性的影响越小。此外,作者还建立了包含间隔扭带结构参数在内的流阻与传热特性的经验关联式。