内插动态叶轮式扰流元件对管内传热影响的实验研究

以边界层理论作为指导,探究换热管内插入扰流元件后的强化传热情况及能耗分析.实验开发了一种新型动态叶轮式扰流元件,探究叶轮个数对传热效果的影响,并与光滑空管作对比实验,考察扰流效果及换热情况.实验结果表明:新型动态叶轮式扰流元件具有较好的强化传热效果.     

扰流子长度对强化管内液体传热性能的研究

为了寻求强化过渡流下液体传热的适宜扰流子长度，在Ｒｅ＝２３００～１００００范围内，对粘度为１．２３ｍＰａ．ｓ的柴油进行了模拟工业实验，分别得出扰流子长度为０，１．０，１７．５，３．０ｍ时的ｆ－Ｒｅ及Ｎｕ－Ｒｅ关联式，并对各种长度扰流子强化传热性能进行了评价。与工业应用现场标定结果对比证实了上述关联式的可靠性，说明选择适宜的扰流子长度，可获较大的管内对流传热系数而耗能较少。     

扰流子扰动效应的研究--扰流子长度对传热性能及阻力的影响

为了探索扰流子扰动效应规律,寻求适宜的扰流子长度,在Ｒｅ＝２３００～１００００范围内,以柴油和水为工质进行模拟工业实验,分别得出扰流子长度为０．０,１．０,２．０,３．０,４．０,５．０,６．０ｍ时的ｆ－Ｒｅ及Ｎｕ－Ｒｅ的关联式。通过对各种长度扰流子传热及阻力性能的比较,对扰流子的扰动效应进行了评价。提出了“分段式”扰流子构想。工业实验的结果证实了上述关联式的可靠性和实际应用价值。     

管壳式换热器的强化传热

从强化传热技术机理出发,分析了管壳式换热器的各种强化传热元件的结构特点、强化效果及适用工况,介绍了近年来国内外管壳式换热器的强化传热的发展现状,并阐述了换热器强化传热的发展方向。     

U型管中单相液氮流的压降与传热特性

采用两种单U型管和两种多U型管,管径4～8 mm,曲率比8～15,对管中单相液氮流的压降和传热特性进行了实验研究.结果发现:无论是单U型管还是多U型管,在180°弯头内的当地传热特性与直管不同,壁面温度尤其是弯头后半段管的壁面温度明显下降,换热增大.对于单U型管,在弯头出口处换热系数达到最大;对于多U型管,换热系数沿程曲折增大,且在最后一个弯头出口处达到最大.基于Idelshik压降关联式,提出了单相液氮流在180°弯头内的摩擦压降关联式.新的关联式引入了离心力项,和实验数据良好吻合.     

分段扰流子的实验研究

为了降低扰流子的阻力,提高其综合性能,将扰流子分成几段用钢丝联结构成一种新型的分段扰汉子。以水为实验介质,在雷诺数小于４０００年范围对不同长度的整段扰流子和分段扰流子的传热性能和阻力性能进行了对比实验。结果表明,不论整段还是分段扰流子,随成流子长度的增加,其阻力和传热系数均增加;在相同长度下,不论整段还是分段扰流子,随着汉量的增加,其阻力和传热系数均增加;在实验范围,当扰流子长度相同时,分段扰流子     

流体横掠圆柱体传热特性数值模拟的流态模型选择

采用层流模型、标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型,对亚临界雷诺数条件下(Re=300~300 000)的二维圆柱扰流进行了数值模拟与仿真,得到了圆柱壁面平均努塞尔数随雷诺数变化的规律。并得出结论:当Re≤3 900时,采用层流模型较合适;当3 900≤Re≤22 000范围内时,采用标准k-ε紊流模型较合适;当22 000≤Re≤300 000时,采用RNG k-ε紊流模型较合适。     

折流板结构对换热器壳程流动和传热性能的影响

以弓形折流板为基础,设定相同的工况条件,用FLUENT软件对曲面、球面和弓形三种折流板型的换热器壳程流体的流动和传热性能进行模拟,并对三种板型的管壳式换热器壳程压降及换热系数进行比较分析。通过对比三种板型换热器的传热性能及压力、温度和流速云图,分析了产生传热性能差异的原因。研究结果可为管壳式换热器折流板设计及强化传热性能提供参考,具有一定的工程实际意义。     

扰流子折流杆换热器的开发研究(Ⅱ)——低粘度流体中试研究

在低粘度流体下对扰流子折流杆换热器和折流杆换热器进行了传热性能和阻力性能的对比实验研究。实验以水作为传热介质,热水走壳程,冷水走管程。实验时壳程流体流动状态基本恒定,而管程流体发生变化。通过实验数据的分析关联,得到了加入扰流子后管程对流传热系数的近似计算模型。结果表明,当雷诺数的范围为１０４ ～５ ×１０４ 时,管程对流传热系数增加的幅度高于阻力增加的幅度,管程对流传热系数和换热器总传热系数分别提高５０ ％ 和１０ ％ 以上。说明对水这样的低粘度流体,在传热湍流区（ 即雷诺数大于１０４ 的范围） ,可以采用较大节距的扰流子来强化传热,以取得较佳的综合效果。     

管内流体动力清洗式传热强化元件的性能比较

在试验比较的基础上,评价了传热管内传热强化幅度的大小、阻力性能及综合性能,结果表明：在雷诺数为8000～43000的范围内,流体动力自转戈光滑螺旋扭带、斜齿螺旋扭带、平齿带和钢丝螺旋线的传热强化幅度分别为14％、33％、39．5％和16．5％;在Re低于10000的范围,采用平齿带和斜齿螺旋扭带效果较好;铜丝螺旋线和光滑螺旋扭带在Re=12500达到最佳;在尺e高于10000的广阔范围,选用铜丝螺旋线和光滑螺旋扭带更合理。     

缠绕管结构参数对管内压降的影响及压降模型

为了研究缠绕管内流体的压降规律、建立具有较宽适用范围的压降预测模型,以水为介质,采用U型压差计测量缠绕管内流体进、出口的压降,实验考察缠绕直径、缠绕角度、管径等缠绕管结构参数对管内压降的影响. 结果表明,在流速及其他结构参数相同的情况下,缠绕直径或管径越小,单位长度缠绕管内压降越大;在不同流速区间,缠绕管结构参数对管内压降的影响程度不同. 在低流速（小于0.5 m/s）下,缠绕管结构对管内压降的影响较小;在高流速（大于0.5 m/s）下,缠绕管结构对管内压降的影响显著. 采用统一的压降预测模型对实验数据拟合会使得其在高压降区失准,进而提出由流动参数和缠绕管几何参数组合而成的分段特征参数,并构建分段式压降预测模型. 分段式压降模型的计算值与实验值的相对偏差小于10%.     

扰流子折流杆换热器的开发研究(Ⅰ)——油- 水系统中试研究

在壳程为低粘度流体水,管程为高粘度油品的操作情 况下对扰流子折流杆换热 器和折流杆换热器进行了传热性能和阻力性能的对比实验研究,并对实验结果和数据进行了分析和关联。对不同长度的扰流子所得到的结果进行了对比,并通过准数关联得出最佳扰流子长度下管程对流传热系数的数学模型。结果表明,在雷诺数为１０２ ～１０３（ 通常高粘度流体在管内的流动状态为层流） ,随着雷诺数的增加,管程加入扰流子后在大部分区域阻力增加的百分率几乎维持恒定值,而管程对流传热系数和换热器的总传热系数增加的幅度却明显提高。说明当管程为高粘度流体时,在管内加入较长的扰流子来强化传热效果较好     

分段扰流子的实验研究

为了降低扰流子的阻力 ,提高其综合性能 ,将扰流子分成几段用钢丝联结构成一种新型的分段扰流子。以水为实验介质 ,在雷诺数小于 40 0 0的范围对不同长度的整段扰流子和分段扰流子的传热性能和阻力性能进行了对比实验。结果表明 ,不论整段还是分段扰流子 ,随着扰流子长度的增加 ,其阻力和传热系数均增加 ;在相同长度下 ,不论整段还是分段扰流子 ,随着流量的增加 ,其阻力和传热系数均增加 ;在实验范围 ,当扰流子长度相同时 ,分段扰流子和整段扰流子相比 ,其传热系数K的降幅在 1 .7%～ 3 .7%之间 ,而阻力的降幅在 1 2 %～ 2 9%之间 ,显然分段扰流子阻力的降幅远高于传热系数的降幅 ,说明分段扰流子优于整段扰流子的综合性能。     

扰流子折流杆换热器的开发研究（Ⅰ）：油—水系统中试研究

在壳程为低粘度流体水,管程为高粘度油品的操作情况下对扰流子折流杆换热器和折流杆换热器进行了传热性能和阻力性能的对比实验研究,地实验结果和数据进行了分析和关联。对不同长度的扰流子所得的结果进行了对比,并通过准数关联得出最佳扰流子长度下管程对流传热系数的数学模型。结果表明,在雷诺数为１０＾２～１０＾３（通常高粘度流体在管内的流动状态为层流）,随着雷诺数的增加,管程加入系数增加的幅度却明显提高。说明当管     

土壤冻结对地热换热器传热的影响

研究了土壤冻结对地源热泵系统中的地热换热器与其周围土壤的热交换过程的影响。探讨了土壤水分含量、斯蒂芬数、土壤初始温度（即地温）等对周围土壤温度分布、冻结锋面发展等的影响,并与不考虑土壤冻结情况作了对比分析。当考虑土壤中水分冻结时,由于冻结时放出大量的潜热,且冰的导热系数大,因此计算出地下埋管周围的土壤平均温度高,传热热阻小,设计的地热换热器规模可以变小,亦即可以减小钻孔的深度或钻孔的数量,从而可以减小地源热泵系统的初投资。另外也扩大了地下回路中防冻液的选择范围。当土壤含湿量大、土壤初始温度高时,对于系统的设计与运行是有利的。     

折流板开孔对管壳式换热器性能的影响

传统的弓形折流板换热器因其结构简单、安全可靠及适应性强等优点应用非常广泛,但是传统的弓形折流板换热器换热效率较低,壳程压力损失较大,容易结垢。因此,通过对弓形折流板结构进行改进以改善管壳式换热器的壳程流动传热状况,减小其能耗损失具有十分重大的工程意义。采用数值模拟的方法,对缺口高度为0.2 D的折流板进行开孔优化研究,对不同壳程进口流速下的普通弓形折流板换热器和折流板开孔换热器的壳程流场及温度场分别进行了数值模拟。在壳程进口流速相等的条件下,折流板开孔的换热器比普通弓形折流板换热器的换热效果好;壳程进口速度较低时,效果最明显。     

土壤冻结对地热换热器传热的影响

研究了土壤 冻结对地源热泵系统中的地热换热器与其周围土壤的热交换过程的影响。探讨了土壤水分含量、斯蒂芬数、土壤初始温度（即地温）等对周围土壤温度分布、冻结锋面发展等的影响,并与不考虑土壤冻结情况作了对比分析。当考虑土壤中水分冻结时,由于冻结时放出大量的潜热,且冰的导热系数大,因此计算出地下埋管周围的土壤平均温度高,传热热阻小,设计的地热换热器规模可以变小,亦即可以减小钻孔的深度 或钻孔的数量,从而可以减小地热泵系统的 初投资。另外也扩大了地下回路中防冻液的选择范围。当土壤含湿量大、土壤初始温度高时,对于系统的设计与运行是 有利的。