一种新型连续螺旋折流板管壳式汽车空调回热器

带有气-液回热器的空调制冷系统已经被广泛使用,对相同几何尺寸的传统管壳式汽车空调回热器和新型连续螺旋折流板式回热器进行对比性的数值模拟研究。结果表明：以制冷剂R404A为工质,在相同质量流量下,回热器整体换热量提高32.2%,总传热系数提高41.7%;壳侧为制冷剂液体,壳侧平均传热系数提高3.5倍,同时壳侧压损也提高11倍;管侧为制冷剂气体,管侧平均传热系数和压损几乎不变。换热器整体回热效率从0.21提高到0.29,提高了38.1%。     

高热通量水平管外池沸腾传热

在制冷空调的满液式蒸发器中,制冷剂在壳侧沸腾蒸发,管内为水的单相对流传热。实验研究了高热通量下R134a在一根光管和一根强化管（No.1）外的池沸腾传热,并将光管实验结果和Cooper公式进行了比较。在不同的饱和温度下,热通量10～250 kW·m^-2的范围内,研究了R134a在光管和强化管外的沸腾传热系数随热通量的变化关系。光管和强化管外径分别为15.93 mm 和 25.36 mm。通过研究发现,在热通量10～250 kW·m^-2的范围内,光管的池沸腾传热系数和Cooper公式符合较好,偏差小于±15%。在双对数坐标下传热系数和热通量实验结果拟合直线斜率为0.67。在较高热通量,即热通量大于250 kW·m^-2时,光管的传热系数相对Cooper公式偏差开始增大。对于高效管,在小于40 kW·m^-2热通量下的传热效果最好。强化管的强化倍率随热通量增加一直减小,在较高热通量250 kW·m^-2下,强化管的传热系数和光管相同,甚至比光管小。     

涡发生器与螺旋片强化不同曲率的壳侧传热

为考察涡发生器与螺旋片对不同曲率的套管式换热器壳侧的传热强化效果,在不同中径的壳侧安装了相同密度的螺旋片和三角翼型涡发生器。以空气为介质,在Re=680～16000范围内,采用实验和数值模拟方法研究了壳侧的传热和阻力特性,考察了不同曲率下复合强化的壳侧的综合性能,分析了传热强化机理。结果表明,曲率越大,壳侧传热系数越高,摩擦因数越大。对曲率分别为0.131、0.321和0.440的3种换热器壳侧,涡发生器将其传热系数平均提高了31.52%、20.83%和18.33%。小曲率和复合强化的壳侧综合性能更好。涡发生器改变了换热器壳侧的流场结构,提高了速度场和温度场之间的协同性,从而提高了换热器壳侧的传热效果。     

高热通量水平管外池沸腾传热

在制冷空调的满液式蒸发器中,制冷剂在壳侧沸腾蒸发,管内为水的单相对流传热。实验研究了高热通量下R134a在一根光管和一根强化管(No.1)外的池沸腾传热,并将光管实验结果和Cooper公式进行了比较。在不同的饱和温度下,热通量10~250kW·m~(-2)的范围内,研究了R134a在光管和强化管外的沸腾传热系数随热通量的变化关系。光管和强化管外径分别为15.93 mm和25.36 mm。通过研究发现,在热通量10~250kW·m~(-2)的范围内,光管的池沸腾传热系数和Cooper公式符合较好,偏差小于±15%。在双对数坐标下传热系数和热通量实验结果拟合直线斜率为0.67。在较高热通量,即热通量大于250kW·m~(-2)时,光管的传热系数相对Cooper公式偏差开始增大。对于高效管,在小于40kW·m~(-2)热通量下的传热效果最好。强化管的强化倍率随热通量增加一直减小,在较高热通量250kW·m~(-2)下,强化管的传热系数和光管相同,甚至比光管小。     

三维翅片管外螺旋流动传热强化

流体在螺旋隔板换热器的壳程类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区.在相同压降下,其传热系数比普通的弓形隔板换热器高得多.以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋隔板单管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管进行了性能对比.采用Wilson图解法分别分离出了螺旋隔板花瓣管和光滑管单管换热器的管程传热系数,并计算出各自的壳程传热系数,壳程传热系数相对误差为±3％.实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋隔板花瓣管单管换热器的Nusselt数和压降Δp分别是螺旋隔板光滑管单管换热器的2～2.7倍和1.3～1.4倍.与螺旋隔板光滑管单管换热器相比,螺旋隔板花瓣管单管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,花瓣管具有很好的传热强化性能.     

自支撑型扭曲管中冷器强化传热特性研究

对自支撑型扭曲管中冷器壳程传热与压降性能进行了实验研究,结合实验室先前扭曲管单管实验的数据,通过与相同工况条件下的折流板中冷器和折流杆中冷器管、壳程传热与压降性能以及综合性能的对比,分析自支撑型扭曲管中冷器的强化传热特性。研究结果表明:在测量范围内,自支撑型扭曲管中冷器管程传热性能相比其他2种中冷器平均提高21.3%;壳程传热性能相比折流杆中冷器,平均提高20.6%;壳程压降相比折流杆中冷器,平均降低89.4%,相比折流板中冷器,平均降低93.9%。与传统中冷器相比,自支撑型扭曲管中冷器既有折流板中冷器传热效率高的优点,又有折流杆中冷器压降损失小的优点,在工业领域中,有很好的应用前景。     

泡状管换热器强化传热与整体性能的数值模拟

针对泡状管管壳式换热器,采用FLUENT软件对其进行管程和壳程耦合传热的整体数值模拟,并将模拟结果与具有相同形式相同换热面积的光滑圆管换热器对比。通过结果对比分析泡状管强化传热的效果、压降及总传热系数的差异;评价泡状管壳式换热器的传热性能。结果表明:相比圆管,泡状管表面形状的变化对管壳两侧均起到强化传热的作用,同时管程流动阻力增大,但壳程阻力有所降低。总体传热系数较圆管有较大幅度提高。综合考虑总传热系数和压降,泡状管对壳程传热性能提升明显。     

R123在水平双侧强化管外池沸腾换热

对3根双侧高效强化管（管Ⅰ为Turbo-B型管,管Ⅱ、管Ⅲ为改进的Turbo-B型管）在饱和温度为12℃和10℃工况下进行了水平管外R123池沸腾换热的实验研究,采用Wilsan热阻分离法得到制冷剂侧沸腾换热表面传热系数,并对实验结果进行了热阻分析.实验结果表明：在同样条件下,3根强化管的管内对流换热表面传热系数是光管的2.8～3.1倍.在同样的热通量范围内,对于Turbo-B型管,R22池沸腾换热性能的强化效果比R123更明显.随后进行的热阻分析工作,有利于强化换热管的进一步开发.热阻分析表明：在实验范围内,管内外两侧的热阻基本相当,随着管内水流速的增加,管内水侧热阻所占比例降低,管外制冷剂侧热阻所占比例增大.对于沸腾高效强化管的开发,两侧的强化都是应该关注的.     

R22在水平双侧强化管外池沸腾换热

对2根双侧高效强化管(管I,管II)在饱和温度为9.6℃和5.8℃工况下进行了水平管外R22池沸腾换热实验研究,采用Wilson热阻分离法得到制冷剂侧沸腾换热表面传热系数,并对实验结果进行了热阻分析。实验结果表明:在同样条件下,2根强化管的管内对流换热表面传热系数是光管的2.2—2.8倍。在饱和温度为9.6℃时,管II的管外沸腾换热表面传热系数达到(2.2—3.4)×104W/(m2.K),高出光管一个量级。随后进行的热阻分析工作,有利于强化换热管的进一步开发。热阻分析表明:在实验范围内,管内外两侧的热阻基本相当,随着管内水流速的增加,管内水侧热阻所占比例降低,管外制冷剂侧热阻所占比例增大。对于沸腾高效强化管的开发,两侧的强化都是应该关注的。     

旋梯式螺旋折流板换热器预热水煤浆的流动与换热性能

对进入气化炉前的水煤浆预热可以提高气化效率和降低氧耗。提出采用旋梯式螺旋折流板换热器预热水煤浆,水煤浆在换热器壳侧流动,导热油作为热流体在管侧流动。基于实验,研究了在换热器壳侧预热水煤浆的可行性、导热油定性温度和水煤浆流量对流动换热性能的影响,得到了壳侧传热和阻力系数关联式。实验结果表明,水煤浆在换热器壳侧流动换热是完全可行的;提高导热油定性温度可以提高水煤浆温升和总传热系数,同时降低壳侧压降;提高水煤浆流量可以提高总传热系数,但是壳侧压降增大。研究结果为开展水煤浆预热设备的研究提供了基础,对水煤浆预热的工况选择具有重要意义。     

螺旋槽管折流杆冷凝器的传热强化

本文提出了卧式折流杆螺旋槽管冷凝器的理论和实验研究。通过表面张力控制冷凝模型,导出壳程传热系数计算方程式,同时也建立了壳侧二相流压降计算模型。理论研究,实验和工业试验结果表明:折流杆冷凝器和传统的折流板冷凝器相比,其传热系数提高了0.65～1倍,壳程压降减少了3/4。     

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟

为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391～4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明：三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9%,JF因子高13.67%,综合传热性能更好。在此基础上运用耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器耗散率最小。另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量。     

螺旋折流板菱形翅片管换热器的传热与流阻性能

引　言近年来的研究[1～ 6] 表明 ,螺旋折流板换热器的螺旋折流板使流体在壳侧呈连续柱塞状螺旋流动(即 plug流 ) ,不会出现传统折流板换热器内的流动“死区” ,并且由于旋流产生的涡与管束传热界面边界层相互作用 ,使湍流度大幅度增强 ,有利于提高壳侧传热膜系数 .PStehlik等[2 ] 对螺旋折流板换热器进行研究得出 ,相同条件下与传统弓形折流板换热器相比 ,换热器的传热系数提高 1 8倍 ,流动阻力降低 2 5 % .陈世醒等[6] 研究发现 ,对于水这样的低黏度流体 ,相同流量单位压降的壳程对流传热系数 ,螺旋折流板换热器约为普通弓形折流板换热器…     

硅橡胶膜强化传热管的制备及其滴状冷凝传热研究

实验采用热处理法制备了滴状冷凝传热的硅橡胶膜强化传热管,107硅橡胶为最佳的制备材料,其水接触角为106.8°。传热效果较好传热管的制备条件为4%硅橡胶铸膜液、热处理温度350℃及惰性环境中处理1h,其热通量比沟槽管提高了约10%,比普通管提高了约80%左右;冷凝侧传热系数比沟槽管提高了30%,比普通管提高了约4倍左右。采用红外对制备的107硅橡胶膜强化传热管进行了表征,经过热处理硅橡胶会产生交联缩合。     

纳米制冷剂管内流动沸腾换热特性

研究了CuO-R113纳米制冷剂在水平直光管内的流动沸腾换热特性。实验测试段长度1.5 m、外径9.52 mm。实验工况的质量流率为100～200 kg•m^-2•s^-1,热通量为3.08～6.16 kW•m^-2, 入口干度为0.2～0.7,纳米颗粒质量分数为0～0.5%。结果表明：CuO-R113纳米制冷剂的传热系数高于纯R113制冷剂的传热系数。纳米颗粒的加入,强化了制冷剂管内流动沸腾换热。质量流率为100、150、200 kg•m^-2•s^-1的情况下,传热系数分别最大提高了29.7%、22.7%、25.6%。     

搭接方式对螺旋折流板换热器壳程性能的影响

对螺旋折流板换热器进行了数值模拟,研究了相同螺距下搭接方式对壳程流动与传热性能的影响。结果表明,壳程传热系数与压降均随搭接量的增大而减小,且后者降低的幅度大于前者;连续搭接时三角区漏流增大了中心区域横向和纵向冲刷管束的速度,但整体分布不均匀,折流板背风侧流动较差;随搭接量的增大,边缘三角区增强了靠近壳体壁面区域的流动,改善了壳程的流场状况;折流板交错搭接时中心区域换热管热通量较连续搭接大幅降低,传热沿径向分布的不均匀性大大减轻。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

浸没燃烧式气化器换热管内跨临界液化天然气的传热特性

浸没燃烧式气化器(SCV)换热热阻主要存在于换热管内部,研究管内跨临界液化天然气(LNG)传热特性对提高设备整体的换热效率具有重要意义。本文建立了能够描述换热管内跨临界LNG流动与传热过程的数值计算模型,分析了换热管内LNG的传热规律,获得了入口速度、入口压力和壁面热通量对局部传热系数的影响规律,提出了适用于预测管内跨临界LNG传热特性的量纲为1关联式。结果表明,沿着LNG流动方向,局部流体传热系数先增大后减小,且最大值出现在拟临界温度附近,超临界条件下LNG热物性剧烈变化是引起强化传热的主要原因;在一定范围内,提高入口速度可以有效地强化流体传热能力,局部流体传热系数的最大值主要取决于入口压力,增加壁面热通量会缩短局部流体传热系数达到最大值所需的时间;提出的量纲为1传热关联式平均绝对相对误差为6.53%,且预测值落在±25%相对误差范围内的比例为99.42%。该研究成果可为掌握SCV设计方法和高效运行技术提供参考。     

HFC245fa水平光管与强化管管束外冷凝换热

试验研究了新型环保工质HFC245fa在光管与强化换热管管束上的冷凝换热特性。试验管束由4列排深为5排的列管构成,换热管公称外径为19.05mm、有效换热长度为1000mm。试验中,通过改进的Wilson图解法获得强化换热管水侧对流传热系数,利用2接点温差电偶测试蒸气与冷却水温差(±0.025℃),利用热电偶通过小周期标定法获取试验管进出水温差(±0.01℃);考察了冷凝温度、热通量对冷凝换热的影响。研究结果表明:HFC245fa在光管单管外冷凝传热系数与Nusselt模型预测值一致性较好;同热通量下,强化换热管单管上的冷凝传热系数为光管的13.5倍;光管管束上的试验结果比Nusselt管束模型预测值高20%～50%;强化管冷凝换热性能受作用热通量的影响较大。试验结果对工质与新管材推广、应用具有指导意义。     

交错螺旋折流板管壳式换热器壳侧传热与阻力性能

对交错搭接螺旋折流板换热器壳侧的流动与传热性能进行了实验研究,着重研究了内插假管及不同螺旋角度对壳程传热和阻力的影响,并与传统弓形折流板换热器进行了对比.结果表明,假管的存在反而使传热综合性能下降,同时,在相同的壳侧流量下,螺旋折流板换热器的壳程阻力和壳侧传热系数均随螺旋角的增大而减少,且小于同样条件下弓形折流板换热器的相应值.与弓形折流板换热器相比,螺旋折流板换热器的特点是单位压降下的壳侧传热系数高.