大小孔折流板换热器壳程场协同分析

根据大小孔折流板换热器壳程结构和流动特点,利用有限元软件ANSYS-Fluent建立了大小孔折流板换热器周期性单元流道模型,通过对该模型的分析,揭示了大小孔折流板换热器内部流道的压力、温度、速度和角度场的分布规律。从角度场的分析得知：随着雷诺数的增大,大小孔折流板换热器壳程角度场的平均协同角逐渐降低,其传热效果越好;而当大孔直径和板间距较小时,大小孔折流板换热器壳程的场协同度较好,具有更好的传热性能。     

开孔折流板对列管式换热器传热性能的影响研究

针对由传统弓形折流板结构带来的壳程流动死区,从而引起的流动阻力大、传热效率低等问题,本文对折流板进行开孔,通过数值模拟的方法研究开孔折流板结构对列管式翅片换热器壳侧流体流动、传热及阻力性能的影响。研究发现,折流板开孔后,壳程流动死区明显减小,壳程传热系数及压降同比开孔前降低了;综合换热性能同比开孔前提升了。壳程压降随开孔率及板间距的增大而减小,壳程努塞尔数Nu随板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现,开孔率x=0.229、折流板间距H=85 mm的列管式换热器综合传热性能最佳。     

基于三维实体模型的纵流壳程换热器数值研究

利用FLUENT软件对三叶孔板换热器壳程流体流动和传热特性进行了数值模拟研究,建立了"周期性全截面计算模型"和"单元流道模型",并对其计算结果进行了对比分析。结果表明:随着换热器壳体内径D的增大,2种模型的计算结果逐渐接近;当D>800mm时,2种模型计算结果的误差已降至10%左右,此时"单元流道模型"具备实用性和适用性;在D≤800mm时,提出了"单元流道模型"的修正算法,给出了压力梯度和对流传热系数的修正关联式。     

基于三维实体模型的管壳式换热器壳程流场和温度场数值研究

根据管壳式换热器的结构特点,采用基于管壳式换热器真实三维实体模型的几何建模方案,提出了管壳式换热器周期性全截面计算模型,实现了具有复杂壳程结构的管壳式换热器的数值模拟,克服了现有数值模拟建模方式的一些不足,为再现和模拟管壳式换热器壳程的真实流动状况,以及分析各种构件对壳程流体流动和传热性能的影响提供了良好的辅助手段。在综合考虑折流杆换热器壳程流体流动与传热的多方面影响因素下,提出了对折流杆换热器周期性单元流道模型的修正算法,改进和完善了折流杆换热器周期性单元流道计算模型的实用性和适用性。     

小孔混流折流板换热器壳程传热性能研究

传统弓形折流板换热器在折流板背流侧存在“流动死区”,会减小壳程传热效率。为降低“流动死区”的影响,提出小孔混流折流板结构,并建立小孔型混流折流板换热器有限元模型,研究小孔位置和数量对换热器壳程传热性能的影响。结果发现,壳程流体在折流板小孔处会形成射流,增强了附近流体的湍流程度,减小了“流动死区”的范围,提高了壳程传热效率。在研究范围内,随着折流板小孔位置向缺口处移动,壳程强化传热能力先增强、后减少。壳程强化传热能力最强的小孔位置靠近折流板缺口,相比没有小孔的传统折流板换热器,此时的努塞尔数提高了17.02%,压力降减少了3.58%。同时还发现,折流板小孔数目越多,虽然壳程流体的流动阻力越小,但换热效率变化不是单调的,意味着折流板的小孔布孔方案存在优化设计空间。     

三种管壳式换热器传热与流阻性能对比实验研究

弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在流动阻力大和传热死区大等缺点,折流杆换热器壳程流体纵向流动,但当壳程流体雷诺数Re较小时传热性能不佳。为克服上述缺点,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,该换热器壳程流体总体呈纵向流动,局部区域流体倾斜冲刷换热管束。对斜向流换热器与折流板换热器和折流杆换热器传热与流阻性能的对比实验研究表明,在同等壳程流体流量下,斜向流管壳式换热器的传热系数、压降和综合性能均介于折流板换热器与折流杆换热器之间。研究结果为管壳式换热器升级换代提供了一种新技术和新装备,也为热力系统中换热器选型和结构优化设计提供了重要依据。     

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。     

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。     

孔板支撑换热器壳程流场的数值预测

孔板支撑换热器用整圆形孔板代替传统的弓形折流板来支撑管束，消除了大部分传热死区，并由于小孔射流和扰流作用在较低雷诺数下提高了传热效率。本文提出了孔板支撑换热器的单元流道简化模型，用数值方法预测了大管孔孔板和小圆孔孔板支撑单元流道的流场。结果证明孔板支撑强化传热的主要机理是破坏管壁表面的液体边界层，大管孔孔板的综合性能优于小圆孔孔板。     

管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT 13.0模拟软件中对管壳式换热器的壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到了不同折流板间距及入口流速的情况下换热器壳程流体温度场、速度场和压力场,分析了折流板间距及入口流速对换热效率和流体诱导振动的影响,对换热器结构优化设计提出了改进措施。     

国家科技成果重点推广项目

该换热器系列是一种纵流壳程的管壳式换热器,以杆圈式支撑结构代替原壳程挡板结构,使壳程流体由横向流动变为纵向(平行于列管)流动,并利用等阻力降原理,科学地研制出变截面整体导流筒、夹套及流体再分布器,形成了国内首创的新结构。该结构极大地提高了传热效率,增加了有效传热面积,降低了流体流动阻力,节能效果显著。与现行管壳式换热器相比,强化了壳程传热,提高传热膜系数30％,减少壳侧阻力降35％,改善了壳侧传热综合性能,设备重量减轻约40％,耐腐蚀,使用寿命长。已开发出壳体直径为600～1400mm、传热面积为98～464m~2、适合无相变和有相变冷凝换热工况的系列产品。     

低压降高效换热器复合强化传热试验研究

大小孔折流板与圆弧波纹管都是近几年提出的降低换热器壳程压降和提高传热效果的结构元件。针对大小孔折流板和圆弧波纹管的特点,提出了将两者相结合的低压降高效换热器,并试验研究该换热器的流动和传热性能。结果表明,换热器具有较低的壳程压降和良好综合传热能力。与光管的普通弓形折流板换热器相比,相同流量下,大孔直径为φ26mm的圆弧切线波纹管与大小孔折流板复合结构换热器的壳程板间压降可降低64％,虽然孔径较大时壳程膜传热系数有所下降,但总传热系数有明显提高。若以单位压降的传热系数来评判,圆弧切线波纹管与大小孔折流板复合结构换热器的强化传热性能要远高于普通弓形折流板换热器,最高值可达普通弓形折流板换热器的2．87倍。     

螺旋折流板换热器的总换热系数和压降的研究

通过试验,在不同的流量下,对30°、40°螺旋折流板换热器与相应的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和压降性能的对比。得出螺旋折流板结构的螺旋流动强化了传热,减小了壳程阻力。与相应的弓型折流板相比,螺旋折流板换热器的最大特点是单位压降下的壳程换热系数高,且40°螺旋折流板换热器传热效果更好。     

杈式折流栅对管壳式换热器壳程性能的影响

杈式折流栅是一种以斜向流和射流混合流动来强化管壳式换热器性能的新型管束支撑结构,用来代替杆式折流栅,可以弥补低雷诺数下,折流杆换热器换热效果的不足,并有效提高传热效率。依据计算流体力学原理和周期性数值模型,研究了杈式折流栅换热器的壳程流体流态、以及结构参数对换热器壳程流动传热的影响,得出了可用于指导工程设计的换热器传热、压降关联式。结果表明:随着折流片定向角及无量纲间距的减小,杈式折流栅换热器的综合性能先增大后减小;同质量流量下,与同尺寸折流杆换热器比较,杈式折流栅换热器的壳程传热系数提升170%～200%,综合性能提高了2.1%～24%,尤其在较低流量下,杈式折流栅的传热效率更加突出。     

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。     

高效管换热器壳程传热强化效果及机理

采用数值模拟的方法研究几种高效管换热器壳程传热强化效果和机理。结果发现,在所研究的雷诺数范围内,相比于传统光滑换热器,螺旋波纹管、圆弧波纹管、波节管、锥纹管换热器的壳程努塞尔数分别提高26.2%～46.72%,11.01%～28.74%,9.55%～25.13%,7.52%～24.75%。螺旋波纹管的壳程压降高于光滑管,而其他三种波纹管的壳程压降却略小于光滑管。高效管波纹结构对壳程纵流和横流传热影响不同,同种管型相比,折流板缺口区域高效管壳程传热性能高于非缺口区域高效管,而折流板缺口区域光滑管壳程传热性能却略低于非缺口区域光滑管;和光滑管相比,折流板缺口区域高效管壳程局部传热系数明显提高,而折流板非缺口区域高效管壳程局部传热系数变化较小;高效管换热器壳程传热性能高于光滑管换热器,其主要原因是高效管在以纵流为主的折流板缺口区域具有较高的传热性能。     

螺旋角度不同的螺旋折流板换热器壳程传热性能研究

对螺旋角度分别为25°、30°和40°的螺旋折流板换热器壳程传热性能进行了试验与研究,同时对螺旋角度为25° 30°和40°的螺旋折流板换热器与传统的弓形折流板换热器壳程传热性能进行了比较.实验结果表明,螺旋角为40°的螺旋折流板换热器的传热效率最高,螺旋折流板换热器的壳程传热效率都比传统的弓形折流板换热器壳程传热效率高.     

螺旋折流板换热器局部流场和温度场的数值研究

建立连续螺旋折流板换热器和四分螺旋折流板换热器模型,采用大型CFD分析软件FLUENT借助数值模拟的方法,研究螺旋折流板换热器局部流场和温度场的分布规律,并采用耗散原理对两种折流板结构下换热器的综合性能进行对比研究。结果表明,以耗散分析为指标的评价标准同以换热器综合性能为指标的评价标准具有一致性。相同的壳程流量下,同四分螺旋折流板换热器相比,连续螺旋折流板换热器耗散值较小。两种折流板类型的换热器局部流场和温度场分布均呈现出相同的规律,壳程中心部位,换热管壁面传热系数最高,沿壳体径向,流体螺旋流动状态和换热管壁面传热系数均呈现先减小后增加的现象。同连续折流板相比,折流板的不连续性在小流量下能够促进壳程中心部位的局部传热,当流量增大到一定程度则表现为减弱壳程中心部位的局部传热。计算结果为改进螺旋折流板结构形式提供了理论依据。     

国家科技成果重点推广项目

新型高效节能换热器系列该换热器系列是一种纵流壳程的管壳式换热器,以杆圈式支撑结构代替原壳程挡板结构,使壳程流体由横向流动变为纵向(平行于列管)流动,并利用等阻力降原理,科学地研制出变截面整体导流筒、夹套及流体再分布器.形成了国内首创的新结构。该     

纵流壳程换热器层流流动三维数值模拟

根据纵流壳程换热器的结构特点和流动特点，提出其简化的物理模型；基于粘性流体力学基本方程，采用计算流体力学和数值传热学方法，对纵流式换热器的运行工况进行简化和假设，建立了壳程层流流动与传热的数学模型。为改进收敛性和提高计算精度，用算子分裂法和二阶时间精度离散格式等改进算法，用三维等参单元导出了离散化非线性控制方程组，编制了数值模拟程序，对纵流式换热器壳程的流场进行了数值模拟研究。并利用两维激光多普勒测速仪对纵流壳程换热器7个截面上壳程流体的流速进行了测试，将数值解和实验解进行比较，验证了数值模拟的正确性。