混合工质摩尔配比对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响

为了明确混合工质摩尔配比对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响,开展了乙烷/丙烷二元混合工质两相流体在壳侧的换热特性试验研究。其中,乙烷与丙烷摩尔配比分别为10:90、30:70与60:40,干度工况范围为0.2~1.0,质流密度为40~80 kg/(m~2·s),热流密度为6 kW/m~2。试验结果表明:对于乙烷/丙烷二元混合工质,当干度小于0.7时,换热系数随乙烷摩尔分数的增加而减小;在干度大于0.7时,换热系数随乙烷摩尔分数的增加而增大。     

低温混合工质大质流密度流动传热试验系统北大核心CSCD

针对目前大质流密度条件绕管式换热器试验数据缺乏的现状,本研究搭建了可实现低温混合工质大质流密度条件试验工况控制和数据测试需求的试验系统。试验系统包括压缩机、冷却塔、冷水和冷冻机组、低温液化换热器等关键装备,可进行混合工质的压缩-冷却液化-相变传热流动控制和可视化等测试研究。试验平台可实现质量流量密度在20~140 kg/(m^(2)·s)范围内测试,系统温度误差为±0.1℃,压力误差小于10 kPa,压降误差小于2 kPa,干度误差小于1.4%。在预冷段试验区域干度为0.4,质流密度120 kg/(m^(2)·s)下实现了平稳运行,获得了稳定循环数据验证。     

绕管式换热器壳侧液体降膜流传热特性分析北大核心CSCD

为研究绕管式换热器壳侧传热特性,建立了以丙烷为模拟工质的三维液体降膜流传热模型,进行了不同流动工况下液体降膜流的传热数值模拟,分析了雷诺数、液相入口温度、换热管壁温、壳侧工作压力对绕管式换热器传热性能的影响。结果表明,流动工况对绕管式换热器的传热性能有显著影响;对于液体降膜流,传热膜系数随着雷诺数增大而增大,同时相同雷诺数时,随着换热管管层下降传热膜系数逐减减小;当液相入口温度升高时,传热膜系数增大,液相入口温度升高0.2 K时,平均传热膜系数升高约15%;当管壁温度与饱和温度间的温差较小时,升高管壁温度传热膜系数有明显增加,当管壁温度与饱和温度温差较大时,传热膜系数变化不显著。对于丙烷,工作压力增大时,液体降膜流的传热膜系数减小,当工作压力从0.2 MPa增大到0.3 MPa时,传热膜系数降低10%~15%,当工作压力从0.3 MPa增大到0.4 MPa时,传热膜系数降低约5%。所得结果可为绕管式换热器工艺设计提供参考。     

横掠管束降膜流动和传热特性

为了明确绕管式换热器壳侧降膜流动特性对传热性能的影响，建立三维壳侧计算域，采用VOF模型，在干度工况范围为0.1～0.9，热流密度为1 275～8 000 W/m²，质量流率为120 kg/(m²·s)时，分析了乙烷在绕管式换热器壳侧降膜流动过程。结果表明：对于乙烷工质，流型依次为层状流、半环状流、液滴流。干度为0.3，热流密度为4 000 W/m²时为层状流向半环状流转化点；干度为0.6和0.7，热流密度4 000 W/m²时为半环状流向液滴流转化点；在层状流向半环状流及半环状流向液滴流转化点传热系数均下降。干度为0.1～0.2，传热系数与干度成正相关；干度为0.3～0.7，传热系数与干度成负相关；干度为0.8～0.9，传热系数随干度变化不明显；流型为层状流和半环状流时，热流密度与传热系数成正相关。流型为液滴流时，热流密度与传热系数成负相关。     

两种型式绕管式换热器传热性能试验研究

Y型和K型绕管式换热器是管侧与壳侧的进出口结构不同的两种换热器,用试验方法对两种型式绕管式换热器进行了水和水蒸气的换热性能对比研究。试验中保持管侧蒸汽的体积流量不变,调节壳侧水的Re变化范围为2800~13000。试验结果表明,在试验范围内和相同Re条件下,Y型换热器具有更大的总传热系数、更低的壳侧压降、更高的壳侧对流换热系数,其最大值分别比K型大17.9%、低61%、高11.6%;以K型绕管式换热器为基准,Y型绕管式换热器的综合传热评价因子PEC在试验Re范围内均大于1,说明Y型绕管式换热器的综合传热性能始终优于K型绕管式换热器。     

一种多功能换热器的设计与试验

为研发数据机房空气调节用高效制冷机组的需要,设计了一种兼为冷凝蒸发器和储液器的多功能壳管式换热器。换热器的管程为蒸发侧,由数个相互独立的蒸气压缩制冷回路的蒸发管簇组成,通过启停制冷压缩机的工作数量等能量调节技术以适应热负荷的宽幅变化;壳程为冷凝侧,进入的第二制冷工质的干度或过热度随着外界环境温度及热负荷的变化在较宽的范围内波动,通过进液口、均流板和蒸发管簇,被冷凝和过冷后储存在壳管的下半部,通过液泵输送到室内侧蒸发器吸热。该换热器结构紧凑、工作可靠,可通过调节制冷系统的能量输出精确控制供液参数,并通过调节第二制冷工质的供液量快速响应被控对象热负荷变化,工程样机性能试验结果表明该换热器达到了预期设计目标。     

折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h,壳程总压降Δp以及单位压力损失下的传热系数h/Δp作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降Δp以及h/Δp随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明:随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h/Δp减小;在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h/Δp,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度,可提高换热器的换热性能。     

折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h．壳程总压降△p以及单位压力损失下的传热系数h／Ap作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降△p以及h／Ap随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明：随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h／Ap减小：在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h／Ap,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度。可提高换热器的换热性能。     

组分迁移对R407C相变换热影响的理论分析

为了研究组分迁移对非共沸工质在换热器中相变换热特性的影响,探明制冷剂和换热流体间的温差在换热器中的变化规律,进行了相应的理论分析。基于窄点理论和空泡模型,将换热器按等焓降划分为若干控制体,建立相应的数学模型,然后在给定工况下,计算出R407C在换热器内冷凝和蒸发的组分迁移情况,进而得到考虑组分迁移的非共沸工质温焓非线性关系,发现制冷剂和换热流体间的温差在换热器中的变化规律,再与未考虑组分迁移时作对比。结果发现,考虑组分迁移对窄点或最大传热温差及其在换热器中出现的位置、可用能损失的影响很大,在合理设计换热器时应给予考虑。     

寒冷地区地埋管周围土壤冻结传热特性试验研究

寒冷地区土壤初始温度较低,且冬季热负荷大,因此地埋管入口流体温度较低,当温度低于0 ℃时周围土壤会出现冻结现象并影响传热。本文通过搭建沙箱试验平台模拟地埋管低温取热过程,采用控制变量法研究入口流体温度对地埋管周围土壤冻结传热的影响。试验结果表明:随着入口流体温度的降低,土壤温度降低,冻结层厚度增大,土壤发生冻结的时间减小,但随着流体温度的降低,冻结层厚度的增加量和土壤温度的降低量逐渐减小。此外不同入口流体温度下的冻结层厚度在埋深方向均随深度增加而逐渐减弱。随着入口流体温度的降低,冻结层厚度从入口至出口处的变化逐渐变缓,说明入口流体温度越低,埋管周围土壤冻结在埋深方向的影响越大。相关结论可为寒冷地区地埋管的设计提供理论支持。     

工质R245fa水平管内流动沸腾换热的试验研究

设计了管内沸腾换热系数及总传热系数测定试验台架,对R245fa工质在内径6 mm水平光管内的流动沸腾换热特性进行试验研究。测试质流密度为50~150 kg/(m~2·s),工质蒸发温度为50,60和70℃。结果表明:随着工质含汽率的增加,R245fa的流动沸腾换热系数呈先增大后降低趋势。对于304不锈钢套管式换热器,烟气与R245fa工质进行换热的总传热系数约在40~65 W/(m~2·K)。     

螺旋外肋管换热器壳侧流体流动与换热特性数值研究

利用CFD技术,研究了螺距及肋高对螺旋外肋管换热器壳程流体流动和换热性能的影响。建立了壳程周期性单元流道模型并进行数值计算,详细分析了不同螺距、肋高对壳程流体流动及换热的影响。结果表明,适当地减小螺距可以有效地强化管壁对流换热效果,同时伴随着摩擦阻力系数的增大,但综合换热性能更强。在高雷诺数区域,随肋高的增大,螺旋外肋管的换热性能随肋高的增加比较明显,而摩擦阻力系数的变化与肋高变化的程度大致相同。速度场和温度场的平均协同角随螺距的减小而减小,协同程度增强。提出了螺旋外肋管换热器壳程换热及阻力性能公式供相关工程设计参考,并对外肋管换热器壳程综合强化性能做出了评价。     

低温氦气向心透平变工况特性研究

以低温氦气为流动工质,采用实际气体模型计算工质物性,进行低温氦气向心透平的气动设计与性能研究。运用数值模拟方法,对所设计的氦气透平膨胀机进行设计和非设计工况下的三维稳态流场分析。结果显示:在设计工况下,流道内的流场合理,气动性能符合设计要求;在变工况条件下,随着转速的增大,效率先增大后减小,在设计转速时最大。漩涡的出现会导致透平效率迅速下降。当转速一定时,随着膨胀比的增大,质量流量近似线性的增大,效率先增大后减小,在设计膨胀比时最大;转速的减小可使最大效率点对应的膨胀比减小;转速的变化对流量几乎没有影响;随着入口温度增大,质量流量逐渐降低,效率先增大后降低,在设计入口温度下最大。     

污垢对换热器壳程压降的影响分析

随着污垢在传热表面上积聚,换热器流道表面的粗糙度增加,摩擦系数增大,并且流体的流通截面积减小,引起流体流速增加,压力降增大。建立了换热器壳程单元流道模型,对计及污垢影响下的壳程压降进行了试探性的分析及讨论,研究并确定了换热器污垢影响最小化因素,为设计、操作换热器时降低污垢带来的影响提供理论依据。     

基于气液两相流入口蒸汽参数对管壳式冷凝器性能的影响

采用数值模拟方法,使用CFD软件FLUENT对管壳式冷凝器壳侧按两相流动及相变传热进行了模拟计算,选定合适的湍流模型、两相流模型为混合物模型,并根据汽水转化公式编写了自定义函数UDF来描述相变过程质和量的传递。针对壳侧流体介质为高温饱和水蒸汽情况下,分别对不同的介质入口速度和入口温度情况下换热器壳侧传热系数、湍流动能和压强变化的模拟结果进行了比较,得出了流体介质入口速度与温度对换热器壳侧传热特点和传热性能的影响规律。从而对冷凝器壳侧结构参数的优化及流动介质进行合理的选择起到指导作用。     

曲面弓形折流板换热器壳程压力降的数值模拟

采用Fluent软件数值模拟了一种新型折流板换热器——曲面弓形折流板换热器壳侧流体的流动状态,计算了壳程压力降,并与普通弓形折流板换热器进行了比较。结果发现:在流量一定的情况下,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降明显低于普通弓形折流板换热器的壳程压力降,而且随着曲面折流板曲率半径和折流板圆缺口高度的减小,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降降低的百分比增大。     

板式换热器作为压缩机冷却器的传热和流阻性能实验研究

以现场的压缩空气为实验工质,对压缩空气在人字形波纹板式换热器传热与流阻性能进行了实验研究。研究结果表明板式换热器与传统的光滑管弓形隔板换热器相比较,板式换热器能非常有效地强化气侧的膜传热系数,但是与空气在花瓣状翅片管和低肋管螺旋隔板换热器壳侧的传热相比较,在同等的传热量下,板式换热器的膜传热系数是ＰＦ管螺旋隔板换热器的（３０￣４０）％（以胚管外表面积计算,下同）、是低肋管螺旋隔板换热器的（４０￣５     

R290蒸气珠状凝结传热微尺度特性的研究

通过对自然工质R290蒸气珠状凝结传热过程的微尺度特性分析得出,在一定的过冷度、液珠半径和分形维数下,液珠的导热热阻随接触角的增大而增大,促进层的热阻在接触角为90°时最小,气液界面的热阻随着接触角的增大而减小,单个液珠的总传热热阻随着接触角的增大呈现出先减小后增大的变化规律,即存在最佳接触角,在此最佳接触角下,单个液珠的总传热热阻最小,单个液珠的传热量最大,换热表面的热流密度最高。随着液珠半径的增大,最佳接触角减小。随着过冷度的增加和分形维数的增大,换热表面液珠成核中心密度增大,表面的热流密度增加。在一定的过冷度下,液珠半径增大,液珠分布密度减少,分形维数增大,液珠的分布密度增加。在一定的分形维数和过冷度下,随着液珠半径的减小,换热表面的热流密度增大。     

干湿工况下波纹翅片管换热器空气侧特性的对比

对7个带亲水层和3个不带亲水层波纹翅片管换热器在析湿工况下空气侧的换热压降特性进行了试验研究,在不同的入口风速和入口相对湿度下比较了干湿工况下的空气侧特性。结果表明,对带亲水层的波纹翅片,析湿工况下的压降显著地高于干工况下的;当入口风速小于0.5 m/s时,湿工况下的换热性能低于干工况下的,当入口风速增加到2.0 m/s时,湿工况下的换热性能则强于干工况下的。析湿工况下带亲水层波纹翅片的换热性能比不带亲水层波纹翅片的偏低一些,但是表面涂上亲水层可以大大降低空气侧的压降。提出析湿工况下波纹翅片管换热器空气侧的换热和压降关联式,平均误差分别为8.70%和7.90%,可用于设计波纹翅片管换热器或者评价它的性能。     

水介质条件下轮轨黏着特性研究

以Carter二维滚滚接触理论和粗糙面间的稳态部分弹流理论为基础,在考虑轮轨接触表面有相对滑动情况下,应用数值分析方法对水介质条件下轮轨黏着特性进行研究,研究滚动速度、轴重对黏着的影响。研究发现:在水介质条件下,轮轨接触区的区域要比干接触时大,流体动压入口约在Hertz接触半宽的2倍处;相同轴重条件下,随着滚动速度增大,流体动压力值增大,而相应的微凸峰接触压力值减小,导致其与总压力的比值减小,引起轮轨之间的黏着系数下降;相同速度条件下,随着轴重的增大,微凸峰接触压力与总压力的比值增大,引起轮轨之间的黏着系数增大。