齿边穿孔扭带对管内强化传热的实验研究

研究新型扰流元件--齿边穿孔扭带插入换热管中强化传热的情况,考察影响传热效果的三个因素:孔径、孔距、扭矩。并通过对比实验,分析在换热管中分别插入齿边穿孔扭带、穿孔扭带与无孔扭带时,强化传热的效果。     

内置洁能芯换热管强化换热实验研究

针对于在化工换热设备中期强化传热与自清洁作用的"洁能芯"内插件强化换热装置进行了实验研究,实验的雷诺数范围2300到9000,对比了插入"洁能芯"内插件换热管与光管的努塞尔数与摩擦因素,分析了"洁能芯"内插件对于强化传热的效果与增加的阻力损失。结果表明:"洁能芯"内插件能够有效的扰动流体,使管内流体的流动状态有利于强化传热,提高的幅度在30%到60%,并且随着雷诺数的增大而减小。同时,"洁能芯"内插件也会对增大换热管的摩擦因素,造成一定的阻力损失。     

换热管内置螺旋形扭带阻力与传热特性的实验研究

为了研究螺旋形扭带阻力与传热特性,选取了不同宽度（6、7和8 mm）的3种扭率（2.0、3.0、4.0）、3种螺距比（1.5、2.0、2.5）的参数组合下共27根螺旋形扭带插入换热管内进行实验.实验结果表明,插入螺旋形扭带后换热管内流动阻力和传热效果都有明显提高.通过对实验数据的多元线性回归分析,建立了相应的阻力系数和努赛尔数关联式.并且由强化传热综合性能评价分析,在实验雷诺数范围内得出强化传热综合性能评价因子φ=1.063～1.587,证明了实验研究的扭带具有强化传热的应用价值.     

管内扰流元件的强化传热原理与性能指标研究进展

扰流元件是一种简易、有效的强化传热方法。扰流元件主要应用于管壳式换热设备的换热管内,通过对管内流体的分流与旋流作用,使管内流体边界层变薄,污垢沉积始终处在较低水平,增大流体的管内对流传热系数,从而到达强化传热的效果。本文综述了多种扰流元件的国内外研究进展,并阐述了它们产生强化传热的机理、结构特点及适用场合。应用综合考虑扰流元件的强化传热效果与引起压力降增加的方法,比较了各种扰流元件的优缺点。总结了扰流元件的性能指标参数及其计算方法。总结了计算流体力学软件与冷模实验相结合的方法以及这种方法的应用场合。结合作者设计扰流元件的实践经验,给出了工程应用时计算流体力学软件与冷模实验相结合的实验方法以及扰流元件的选型设计方法与步骤。     

Ф42mm换热管内置铝制扭带强化传热特性的研究

对Ф42mm换热管插入扭带后的阻力特性和传热特性进行了分析,发现插入扭带以后,传热系数和流动阻力均增加,并且二者均随扭带的带宽增大而增大;通过非线性回归分析,得到插入铝制扭带后换热管摩擦阻力系数关联式和给热系数关联式;对插入扭带的换热管进行了强化传热性能评价分析,传热性能评价因子的数值在1．09～1．44范围之间,研究的扭带均具有强化传热的应用价值。     

Φ42mm换热管内置铝制扭带强化传热特性的研究

对Ф42mm换热管插入扭带后的阻力特性和传热特性进行了分析,发现插入扭带以后,传热系数和流动阻力均增加,并且二者均随扭带的带宽增大而增大;通过非线性回归分析,得到插入铝制扭带后换热管摩擦阻力系数关联式和给热系数关联式;对插入扭带的换热管进行了强化传热性能评价分析,传热性能评价因子的数值在1．09～1．44范围之间,研究的扭带均具有强化传热的应用价值。     

换热管内置开边槽扭带的阻力与传热特性研究＊

将21种不同结构参数的铝制扭带分别置入换热管进行冷态和热态实验,研究并分析了换热管内置开三角形边槽扭带的阻力和传热特性。实验结果表明,插入开边槽扭带后管内的流动阻力和传热系数都有较大的提高。通过多元线性回归分析,得到了相应的阻力系数关联式和换热系数关联式。由强化传热性能评价分析,得到评价因子φ=1．05～1．35,证明了所研究的扭带具有强化传热的应用价值。     

圆管内插圆锥扭带强化传热数值模拟

提出了一种新型核心扰流元件——圆锥扭带,目的在于减小传统扭带内插件对流体所产生的过高阻力。运用Fluent进行数值模拟,分析了扭曲比为y=3.0,锥度θ分别为1∶3.6,1∶5,1∶7,1∶9的圆锥扭带在湍流状态下的流动阻力与换热性能,并与传统光滑直扭带进行了比较。模拟结果表明:圆锥扭带的努赛尔数Nu和阻力系数f比传统光滑直扭带分别减小了10%—15%和30%—50%,综合传热性能η提高10%—35%。结果表明:在较高雷诺数Re的湍流范围内,圆锥扭带在换热强化性能减小不大的情况下能够有效减小流体阻力,从而提高换热管的综合换热性能。     

换热管内插组合扭带强化传热的实验研究

以水为介质,对换热管内插入组合扭带的强化传热进行实验研究,分析其阻力和传热特性。实验结果表明,内插入组合扭带管的流动阻力和努塞尔数都得到了提高。其中,组合扭带管的摩擦系数比开孔扭带管的平均提高了10.5%;扭带管的努塞尔数比空管的平均提高了13.01%~20.38%,此外,组合扭带管的努塞尔数比开孔扭带管的平均提高了6.52%。换热管内插入组合扭带的传热综合性能评价因子φ均大于1,最大值达到1.16,这说明了换热管内插入组合扭带后,传热性能确实得到了提高。     

内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性的对比分析

内插扰流元件是一种可操作性强的管内强化传热方式,其强化传热机理主要是在管内诱导产生了二次流。在均匀壁温热边界条件下,对内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性进行了数值分析。研究发现：在扭带基础上裁去部分面积相同的条件下,管内插等腰梯形涡产生器的换热能力最强,直角梯形涡产生器次之,矩形涡产生器的换热能力最差,管壁上的局部Nusselt数的峰值所在圆周位置及其大小与涡产生器形状有关,而不同形状的涡产生器对管内流动的阻力系数影响较小。插入涡产生器后,管内二次流强度参数Se和平均Nusselt数Nu均随Reynolds数Re的增大而增大,二者随Reynolds数Re的变化规律具有一致性。平均Nusselt数Nu与二次流强度参数Se呈幂函数相关,内插涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

内置转子套管式换热器强化传热实验

概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理,通过实验研究了内置螺旋叶片转子及叶片间断型转子换热管的传热和阻力特性。实验结果表明,在相同的Re条件下,内置螺旋叶片转子换热管管内的Nusselt数高于内置叶片间断型转子换热管,阻力系数低于内置叶片间断型转子换热管,同时PEC值明显高于叶片间断型转子的PEC值,说明内置螺旋叶片转子换热管的综合性能优于叶片间断型转子。     

不同倾角螺旋叶片转子综合传热性能数值模拟

对叶片倾角在30°～60°之间的7种开槽螺旋叶片转子的湍流流动与传热特性进行了数值模拟研究。数值模拟采用RNG 湍流模型,采用SIMPLE算法进行速度和压力的耦合,对管内壁面采用强化壁面处理法。选取管程入口流量为2.6 m3/h时管程中部截面的速度场、温度场和湍流强度进行了分析,结果表明,开槽螺旋叶片转子可在换热管内引起旋流,增强管内流体湍动,促进对流传热。考虑转子引起传热和阻力两方面因素,采用综合评价指标PEC对7种不同倾角转子进行比较,叶片倾角为60°的开槽螺旋叶片转子具有较好的综合传热性能。     

An empirical study on vortex-generator insert fitted in tubular heat exchangers with dilute Cu–water nanofluid flow

The heat transfer enhancement(HTE) in tubular heat exchangers fitted with vortex-generator(VG) inserts is experimentally investigated. The studied four parameters and ranges are: winglets-pitch ratio(1.33, 2.67, and 4),winglets-length ratio(0.33, 0.67, and 1), winglets-width ratio(0.2, 0.4, and 0.6), and Reynolds number(5200to 12200). The testing fluids are the water and Cu–water nanofluid at the volumetric fraction of 0.2%. The results obtained on HTE, pressure drop, and performance evaluation criterion(PEC) are compared with those for water in a smooth tube. It is found that the VG inserts with lower winglets-pitch ratio and higher winglets-length/width ratios present higher values of HTE and pressure drop. Over the range studied, the maximum PEC of 1.83 is detected with the Cu–water nanofluid inside the tube equipped with a VG insert at the winglets-width ratio of0.6 for the maximum Reynolds number, when the heat transfer rate and pressure drop are 1.24 times and 2.03 times of those in the smooth tube. Generalized regression equations of the Nusselt number, friction factor, and PEC are presented for the tubular heat exchangers with the VG inserts for both water and Cu–water nanofluid.It is concluded that the main advantage of the VG inserts is their simple fabrication and considerable performance, particularly at higher Reynolds number.     

插入扰流元件换热管强化换热效果分析

设计了一种新型插入扰流元件管式换热器,并依据相关文献的模拟数据将其与波纹管、光管在不同流速下的管内壁面平均传热系数、换热量、平均Nusselt数以及摩擦阻力的变化特性进行了分析比较。结果表明:插入扰流元件换热管在强化换热能力的同时其压力损失也会很大,所以在实际应用过程中选取插入扰流元件换热管时一定要考虑其经济性;在泵功率消耗一定时,插入扰流元件换热管的热效率与波纹管的热效率很接近。但插入扰流元件换热管在制造工艺上具有加工方便、固定灵活等优点,比较适合对现有换热器的改造。所以,该种热管同样具有广泛的应用价值。     

内置螺旋弹簧换热管内流动与传热三维数值模拟

为研究内置螺旋弹簧换热管单管强化传热原理,采用Fluent软件对内置螺旋弹簧换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟,考察了弹簧的应用对管内流场、压降和换热性能的影响,并分别取螺旋弹簧节距p分别为2 mm、4 mm、5 mm初步研究了弹簧的节距对强化传热效果的影响。模拟结果显示：弹簧管内流体呈螺旋流动状态,管壁附近流体切向速度和径向速度有一定程度的提高,从而加剧了管内流体的混合及边界层的扰动,充分换热,弹簧管进出口温度差较光管有所增加,最高增加了0.9 ℃;相同雷诺数条件下,内置螺旋弹簧换热管Nu数均高于光管,而压降和阻力系数相比光管有明显增加,随着弹簧节距减小换热增强而摩擦阻力系数增加。     

不同外径组合转子过渡区强化传热性能实验研究

以60%甘油水溶液为管程介质,对内置螺旋开槽两叶片转子换热管过渡区内的强化传热综合性能进行了实验研究。在雷诺数范围为2800～6200之间对光管性能进行了实验验证,以保证实验结果的可靠性。同时,对比分析了转子外径对其强化传热性能的影响,研究结果表明：内置转子强化管的努塞尔数Nu较光管约提高了60%～200%,阻力系数较光管约增大了16%～32%,综合评价因子PEC值介于1.56～2.79之间。此外,内置转子强化管的努塞尔数、阻力系数以及PEC值均随着转子外径的增大而增加,这是由于较大的转子外径使得转子具有更强的扰流与减薄边界层的作用。     

内置转子换热管强化传热性能实验研究

针对光管中加入3种不同导程的洁能芯转子后的换热特性及流体动力学特性进行了实验研究,壳程和管程的工作介质分别为热水和冷水,研究表明:插入转子后,努赛尔数Nu和阻力系数f均增加,并且二者均随转子导程的增大而增大;对插入转子的换热管进行了强化传热性能评价分析,其传热性能评价因子η的数值均大于1,证明其具有强化传热的应用价值,转子导程为150 mm时,实验范围内η最大值为2.01,强化传热效果最好。     

螺旋转子的结构参数对管内换热影响的数值研究

管内插入物是一种强化管内换热的有效方法,内插可以旋转的结构在强化换热的同时还具有良好的除垢效果。数值研究了内插螺旋转子的管内流动与换热,发现与光管相比,换热强化30%,而阻力则为光管的6～7倍。数值计算结果表明,叶片与管壁间隙、转子螺旋节距的增加以及转轴半径的减小,可引起转子转速不同程度的减小,从而导致管内Nusselt数和阻力系数的减小。适当增加转子螺旋节距,减小转轴半径及叶片与管壁间隙,可使其强化换热性能更优。     

一种新型裂解炉炉管强化传热数值模拟

利用计算流体动力学(computational fluid dynamic,CFD)方法对含新型内插件强化传热辐射炉管(fortified induced turbulence,FIT)进行了流体流动与传热特性的研究,采用RNG双方程模型求解了动量方程和能量方程,给出了FIT炉管内的流体流动和传热特性,包括速度场、湍动强度和温度场的分布;计算了FIT炉管的强化传热因子和压降。研究结果表明,FIT炉管内插件迫使流体流动由活塞流转变为旋转流,增强了流动湍流程度,符合流动-能量场协同理论,同时流体边界层由于FIT炉管的特殊结构而减薄。FIT炉管具有增强辐射传热、减薄边界层、增加比表面积和旋流增强等强化传热特性。相比于普通当量圆炉管,FIT强化传热炉管的整体传热能力提高了20%左右,证明该新型炉管强化传热效果显著,可以在工程实际中应用。     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。