热管在采油中的热力学特性研究

热管在采油中的应用,主要应用在井筒中.井筒重力热管是利用热管将油藏自身能量即井底热量传递到井筒上部,在无需外加动力条件下实现对井筒近井口流体加热,改善井口流体温度分布,防止近井口结蜡和絮凝,从而降低采油成本.为了研究井筒重力热管的传热性能和工作过程,进而改进和优化重力热管的传热性能,运用Visual Basic进行模拟计算.基于理论研究,证明热管起到了均衡流体温度场的作用.在此基础上,原油与地层传热系数反应了原油向地层散热的能力,该系数与井口油温基本呈线性关系;原油与热管传热系数对原有温度的降低有一定局限性;对于长径比较大的热管,热流密度不大的情况下,会出现携带极限,可通过计算得到验证.     

多壁碳纳米管水基纳米流体重力热管传热特性数值模拟

为揭示多壁碳纳米管水基纳米流体应用在重力热管中的传热特性,基于多相流模型(VOF)建立其重力热管数值模型,并将数值结果与实验数据进行对比验证。以热阻作为性能评价指标,改变加热功率和充液率,讨论二者对热管换热性能的具体影响。通过添加传热传质源项来编写用户自定义函数(UDF)完成内部流体蒸发冷凝过程中的相变模拟。模拟结果表明:该数值模型能够较好模拟多壁碳纳米管水基纳米流体应用重力热管内部复杂的流动与传热过程;在选定的加热功率及充液率参数范围内,该重力热管的整体热阻随蒸发段加热功率的增大而减小,随充液率的增大而增大。     

不同充液率和加热功率下乙烷脉动热管传热性能研究

通过实验研究了在充液率为30%～70%,加热功率为10～60 W的工况下乙烷脉动热管的传热性能。结果表明:随着加热功率的增加,冷凝段和蒸发段的温度波动依次经历了低幅低频、低幅高频、高幅高频和高幅低频的振荡模式;在中低加热功率下,蒸发段和冷凝段的温度振荡波形相位角相差180°,而当高加热功率时,蒸发段和冷凝段的温度变化是同步的;在不同的加热功率下,脉动热管均在50%充液率时达到最佳传热性能;脉动热管的传热性能随加热功率的增大先增强后减弱,其存在最佳加热功率使得脉动热管的换热效率最高。     

内螺纹重力热管冷凝段的计算机模拟

着重分析在重力热管内加内螺纹 ,研究它的冷凝段的传热及流动状况。在理论分析的基础上 ,得出在热流密度 q一定时 ,凝结液膜厚度δ沿壁面x变化的函数关系 ,并用计算机模拟求解 ,再进一步求出局部换热系数αx 和平均总换热系数α ,得出选择螺旋角在π/ 3与π/ 4之间时进行换热是较理想的和用内螺纹热管代替光滑内壁面热管是一种有效的强化传热的方法两个结论     

重力热管单线内螺纹分布强化换热实验研究

采用实验方法,研究了不同的内螺纹分布和油浴温度等因素对热管换热特性的影响。实验选用的热管材料为紫铜,外径16 mm,壁厚3 mm,长度为200 mm,传热工质为水,充液率为20%。实验结果表明:在同一油浴温度下,内螺纹重力管的启动特性要优于光滑重力热管。对比不同油浴温度下,布置内螺纹能够有效地降低热管的工作温度。实验选型的内螺纹仅布置在蒸发段不会提高热管的换热系数,而在绝热段和冷凝段布置内螺纹则能够使换热系数显著提升,且随油浴温度的增加,换热系数线性增加。     

长距离环路热管传热性能实验研究

基于航空航天等领域对环路热管长距离传热的需求,设计制造了一套传热距离8.1m的圆柱型蒸发器环路热管,试验了不同加热功率、不同冷凝温度下该环路热管的启动和变工况运行性能,并对其热阻及最大传热能力进行了分析。研究结果表明：当其他条件一致、初始气液分布相同和不同时,加热功率由100W增大至160W后,本研究中的环路热管启动时间和启动温升均发生一定程度的下降;加热功率100W时,冷凝温度由10℃降低至-10℃使得环路热管启动时间增加,加热功率160W时,冷凝温度由10℃降至-10℃对环路热管的启动时间影响不大。在冷凝温度0℃下,该环路热管在100~500W范围内均能稳定运行,且200W时环路热管传热效率最高,传热温差最小,稳定运行温度最低;另外,由于系统传输距离较长,每个工况达到稳定所需要的时间也较长,分布于1000至3500S内。随着加热功率的增大,环路热管热阻先减小后逐渐增大,该环路热管传热热阻最大不超过0.09℃/W,最小为0.024℃/W;随着传热距离的增大,管路的热损失增加,总压降和热阻也变大。当传热距离基本相同时,蒸发器容积的大小、冷凝器的冷凝能力及气液管线的布置形状均在一定程度上影响环路热管的最大传热能力。     

重力热管内部相变及传热传质过程的数值模拟

重力热管内部包含复杂的两相流动以及相变传热过程,传统理论分析及实验手段不能直观给出其内部流动、相变、热质传递的详细信息。采用VOF(volume of fluid)多相流模型对重力热管内气液两相流动及传热进行模拟,捕捉到蒸发段气泡产生、合并、长大、上升,以及冷凝段壁面附近液滴形成、合并、下滑、汇集到液池的全过程,得到的壁温分布与实验测量值对比体现良好一致性,表明数值模拟的正确性。同时,以热阻、传热量和热效率为评价标准,研究不同充液率和倾斜角度下对重力热管运行性能的影响。结果表明:在所研究的参数范围内,随着充液率的增加,热阻逐渐减小,冷凝段传热量逐渐增大。且工质初始充注量充满蒸发段时热管性能较好;倾角对热阻的影响不明显,冷凝段传热量和热效率均随倾角增加而增长。     

重力热管流动与传热特性的数值研究

采用计算流体力学(CFD)软件,在流体体积(VOF)模型中引入Boussinesq近似模型,以水为工质对不同加热功率下的重力热管进行了数值模拟,将实验、理论与数值结果三者结合对其内部流动与传热过程进行了分析.结果表明:CFD模拟得到的壁温与实验壁温吻合较好,可以用CFD可视化定性分析加热功率对重力热管传热特性的影响;在10~80 W范围内,随着加热功率的增大,蒸发段对流传热系数先增大后减小,冷凝段对流传热系数一直增大;当加热功率超过一定值时,蒸发段传热性能恶化,CFD可视化结果显示液池干涸,达到传热极限.     

不同加热功率下充液率对无芯环路热管性能的影响

设计了以铝为管材、丙酮为传热工质的无芯环路热管。其蒸发段采用加热带加热,冷凝段用风冷降温。热管依靠蒸发压头使工质循环,并依靠重力作用,使冷凝液回流到蒸发段。搭建试验台并研究了不同加热功率下充液率对无芯环路热管的传热温差、传热量、热效率、热阻和当量导热系数的影响。结果表明:加热功率为150.00 W、充液率为30%时,无芯环路热管的均温性最好;传热温差和热阻均最小,分别为6.75℃、0.045 K/W。传热量132.00 W、热效率0.88、当量导热系数168 125 W/(m·K),均达到最大值。所以,该无芯环路热管在本实验研究范围内的最佳工作条件为加热功率150.00 W、充液率30%。     

煤矿井筒中热管式空气加热器的设计与应用

为了解决采暖季煤矿井筒防冻问题,设计一种用于矿井井筒空气加热设备——热管式空气加热器。通过研究煤矿矿井井筒防冻课题,结合现有工况参数,对热管式空气加热设备进行选型计算,通过系统运行测试分析设备运行的效果。结果显示：热管式空气加热器的平均送风温度为19℃,井筒内20 m处的混风温度和井筒内50 m处的混风温度均大于2℃,满足井筒防冻要求。研究表明：设备运行良好可靠,在冬季有效预防井口冰柱发生,同时具有良好的节能效果。     

余热回收用热管及热管式换热器的研究

简要介绍了热管及热管式换热器的工作原理,热管式换热器在工业余热回收中的应用,以及热管式换热器运行过程中防止积灰和低温腐蚀等问题的有效措施。     

Convection Condensation Heat Transfer of Steam-Air Mixture With Heat Pipe Heat Exchanger

A heat pipe heat exchanger (HPHE) was used to investigate the heat transfer performance of steam-air mixture condensation, analogous to the dew condensation of flue gas, when the steam volume fraction ranged from 0 to 20%, and the inlet temperature of steam-air mixture varied from 70 to 120°C. Self-assembled monolayers (SAMs) treatment with n-octadecyl mercaptan was adopted to modify the condensation surface of the heat pipe. The comparisons were conducted to examine the influence of SAMs on condensation heat transfer of steam-air mixture vapor. The results indicate that the convection condensation heat transfer coefficient increases with the increase of steam volume fraction and Re number of the steam-air mixture. As the inlet temperature increases, the heat transfer coefficient decreases accordingly. The heat transfer performance can be improved by the SAMs surface, with a heat transfer enhancement ratio up to 1.6 at a condition of 20% of the steam volume fraction and 1500 Re number.     

Heat Transfer Studies of a Heat Pipe

The present investigation reports a theoretical and experimental study of a wire screen heat pipe, the evaporator section of which is subjected to forced convective heating and the condenser section to natural convective cooling in air. The theoretical study deals with the development of an analytical model based on thermal resistance network approach. The model computes thermal resistances at the external surface of the evaporator and condenser as well as inside the heat pipe. A test rig has been developed to evaluate the thermal performance of the heat pipe. The effects of operating parameters (i.e., tilt angle of the heat pipe and heating fluid inlet temperature at the evaporator) have been experimentally studied. Experimental results have been used to compare the analytical model. The heat transfer coefficients predicted by the model at the external surface of the evaporator and condenser are reasonably in agreement with experimental results.     

热管式真空管集热器热管的传热分析

热管是依靠自身内部液体工质的相变来实现传热的元件,传热机理十分复杂。本文在Nusselt竖直壁面层流膜状凝结理论的基础上,就热管冷凝段和蒸发段的传热分别进行分析,提出了平均换热系数h2^-和Nu^-。     

热管余热回收器传热计算方法研究

余热回收器设备在结构上的关键部件为高温和低温受热面。因此,对于余热回收器的设计来说,设计的主要难点集中在传热机理、传热模型、高温介质混合的特性研究等方面。本文主要介绍余热回收器换热管内有多种高温介质混合、换热管外有相变过程的传热计算方法,为今后类似余热回收器的设计提供参考。     

分区蓄热水箱应用于太阳能热泵中的蓄放热分析

针对冬季太阳能辐射弱且不稳定的特点,提出一种应用于太阳能热泵的分区蓄热水箱,以水泵驱动蓄热水箱循环区与蓄热区的热量传递,并运用热力学原理对水箱循环区与蓄热区的运行状况进行模拟,分析了水箱两区在不同水泵体积流量下的逐时温度变化并与整体式水箱进行对比。结果表明,分区蓄热水箱克服了整体式水箱的热惰性,启动灵活,能在较短时间内达到热泵运行的理想温度,显著提高了系统的性能。     

热管及其换热器在烟气余热回收中的应用

简要介绍了热管技术,并分析了其传热机理。热管换热器具有许多独特的优点,已经获得了广泛的工业应用,应用主要集中在中低温余热资源回收利用方面,应完善高温热管,以拓宽热管换热器在高温余热资源中的应用。     

热管式余热锅炉热管爆管原因分析

主要介绍了在冶炼余热制酸系统中热管余热锅炉出现的爆管现象,针对热管爆管的原因进行了分析,并提出了解决方案。     

矿井余热水源热泵技术的研究

矿井余热水源热泵系统是一种新型节能技术,通过水源热泵技术提取矿区余热资源加以利用,可减少煤耗或完全替代锅炉,通过实例分析,指出此系统具有节能环保,初投资及运行费用低等优点。     

Stream-Symmetry of Heat Exchangers and Heat Exchanger Assemblies

Sufficient conditions are given for a heat exchanger or an assembly of heat exchangers to be invariant under the interchange of the two fluids. Analysis of this symmetry is performed on tht basis of geometrical or topological properties of the exchanger, and no prior knowledge of the exchanger solution is required. The 1-2 and 1-4 TEMA E, the split-flow TEMA G, and the divided-flow TEMA J shell-and-tube exchangers are discussed as examples. A t tent ion is drawn to possible erroneous interpretations of published F-charts for stream-unsymmetric eases.