三角形布管方式下2种换热器的场协同分析

基于采用周期性全截面计算模型得到的帘式折流片换热器和折流板换热器壳程流体流动和传热数值计算结果,应用场协同原理对二者传热性能进行了分析。分析了帘式折流片换热器在壳程不同位置处的速度和湍流度,以及场协同角和对流传热系数,并与折流板换热器相同位置处的情况进行了对比。由于折流板壳程流体为横向流动,而帘式折流片壳程总体上是纵向流动,故折流板换热器的平均流速和湍动度稍高于帘式折流片换热器,平均流速为帘式折流片换热器的1.15倍,其湍动程度为帘式折流片换热器的1.4倍;折流板换热器2条验证线上的场协同角的平均值均小于帘式折流片换热器。研究结果为管壳式换热器结构改进和性能提升提供了参考依据,同时帘式折流片换热器的这种结构特点对于节能降耗的研究也具有重要意义。     

管壳式换热器壳程传热强化研究进展

对比分析了管壳式换热器壳程传热强化的主要方式和壳程管束支撑结构的研究进展。大多数管壳式换热器壳程强化结构兼具管束支撑的功能,主要以不同形式的折流杆、整圆形孔板、空心环、管束自支撑和螺旋折流板等代替传统的弓形折流档板,结构的优化提高了换热器壳程传热系数,且有效降低了壳程的流动阻力,缓减了换热器壳侧管束的振动和结垢,从而提高了换热器的传热性能。     

帘式折流片换热器壳程热力特性的数值研究

以帘式折流片组成的管束支撑结构为基础,针对正弦型和三角型2种异型帘式折流片结构,分别分析在其支撑下壳程流体相应的传热系数和压降,并将结果与普通型帘式折流片进行对比,并利用场协同理论进一步分析了不同帘式折流片结构对换热器壳程速度场和温度场的强化作用。结果表明:正弦型和三角型帘式折流片式换热器壳程流体的换热系数和压降均高于普通型帘式折流片换热器;正弦型帘式折流片能够有效地增强速度场和温度场的协同性。     

异形片式倾斜折流栅换热器壳程强化传热数值模拟

采用CFD软件FLUENT,Standard k-ε模型,借助数值模拟方法对异形片式倾斜折流栅换热器和常规帘式折流片换热器流动传热性能进行研究,并利用场协同理论分析异形片式倾斜折流栅换热器的折流栅不同倾斜角度对壳程传热性能的影响。结果表明:壳程雷诺数在6 000—10 000范围内,同常规帘式折流片换热器相比,异形片式倾斜折流栅换热器折流栅与折流片平行排布时,壳程传热系数和综合性能分别增加12.7%—13.9%和6.4%—7.6%;折流栅和折流片交错排布时,壳程压降降低18.45%—19%,壳程综合性能略高于常规帘式折流片换热器;异形片式倾斜折流栅换热器折流栅倾斜25°时,壳程传热系数和综合性能最好,且速度场和温度场协同性最优,因此25°为异形片式倾斜折流栅换热器最优倾角。     

经孔板形成旋转流的管壳式换热器壳程传热及流阻的研究

对螺旋折流孔板管壳式换热器壳程的传热与流体阻力做了研究 ,给出换热器壳程传热与流阻的计算关联式 ,并采用实验模型对换热器壳程流体旋转流的阻力系数与传热管的局部传热系数做了测试 ,且对光滑和菱形翅片两种管型作了对比     

倾斜折流栅式换热器壳程流体流动与传热特性

针对斜向流换热器壳程流体流动的特点,提出一种倾斜折流栅式换热器。采用CFD软件Fluent对常规斜向流换热器和倾斜折流栅式换热器进行数值研究,分析了折流栅的装配方式和倾斜角度对倾斜折流栅式换热器壳侧流体流动和传热性能的影响。结果表明:与常规斜向流换热器相比,栅片同向装配时,倾斜折流栅式换热器壳程传热系数和综合性能分别增加6.18%~6.47%和3.22%~3.59%;栅片同向装配,折流栅倾斜角为70°时,换热器壳程传热系数和综合性能均达到最大,且壳程压降较小。与倾斜角为60°的倾斜折流栅式换热器相比,倾斜角为70°的倾斜折流栅式换热器壳程传热系数和综合性能分别增加2.84%~2.93%和7.07%~7.19%,且壳程压降降低11.26%~11.52%。所得结论为改进斜向流换热器折流栅的结构和强化传热提供理论与工程应用依据。     

折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响

为了研究单弓形折流板的切口方向对管壳式换热器传热与流动性能的影响,文中通过建立3个不同折流板切口方向的管壳式换热器简化实体模型,运用CFD软件Fluent对管壳式换热器壳程传热与流动状态进行了三维数值模拟。以水为壳程流体介质,在不断改变壳程进口流速,使得壳程进口雷诺数Re在10 000到70 000范围内变化时,得到了不同状态下的壳程流场与温度场。根据数值模拟结果,以总传热系数α,壳程总压降Δp以及单位压降下的传热系数α/Δp作为综合衡量标准,分析不同折流板切口方向时的管壳式换热器壳程流场与温度场。数值模拟分析结果表明:折流板为垂直切口方向时,管壳式换热器总传热系数最大,压降最小,综合性能最好,另外2种折流板切口方向的管壳式换热器综合性能差不多。     

帘式折流片换热器壳程流体流动和传热周期性充分发展区域长度界定研究

为了能清晰地了解帘式折流片换热器的壳程特性,采用数值模拟的方法对帘式折流片换热器三维实体模型壳程流体流动和传热性能进行研究。分别从压力梯度、无因次温度、速度三个主要特征,分析具有不同壳程流体流量,不同折流栅装配方式下帘式折流片换热器壳程流体流动与传热周期性充分发展区域的长度范围。在所研究范围内得出当折流栅同向装配时,流体在翻过第三块折流栅后到倒数第一块折流栅之间,流体的流动和传热为周期性充分发展状态;折流栅对称装配时,流体在翻过第二块折流栅后到倒数第一块折流栅之间为周期性充分发展段。帘式折流片换热器几何结构一定的情况下,周期性充分发展区域的长度与壳程流体流量的变化无关。     

椭圆管换热器壳程传热与压降性能对比研究

以椭圆管换热器、光滑圆管的弓形折流板和螺旋折流板换热器为研究对象,进行壳程侧传热和流体阻力实验,通过对比发现:椭圆管换热器壳程的传热系数较低,但其壳程进出口的压降也低于另外两种换热器,在壳程进口体积流量相同的条件下,其传热与流体阻力综合性能指标α/Δp远高于圆管弓形折流板换热器和螺旋折流板换热器。     

曲面弓形折流板换热器壳程流体流动与传热

提出一种新型折流板--曲面弓形折流板,并构造曲面弓形折流板换热器,采用数值模拟和实验相结合的方法研究其壳程传热和流动阻力性能。在实验方面,设计了实验用曲面弓形折流板和普通弓形折流板换热器试样,其中换热器管束采用可拆连接形式,以考察不同折流板结构和板间距的影响。通过改变管程及壳程流量和管程流体进口温度,获得了大量对应于不同折流板结构的壳程压力降和传热系数实验数据。在模拟方面,利用Fluent软件建立了曲面弓形折流板换热器和普通弓形折流板换热器流体数值分析模型,得到了壳程流体流场分布及壳程压力降和传热系数。结果发现,在相同结构参数和流动条件下,曲面弓形折流板换热器壳程压力降比普通弓形折流板换热器降低9%～24%,而壳程传热系数比普通弓形折流板换热器提高3%～11%。     

连续螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟

建立了连续螺旋折流板换热器三维模型并划分网格,采用分离式求解器、SIMPLE压力速度耦合方式与Realizable k-ε湍流模型,利用FLUENT软件对连续螺旋折流板换热器壳程流体流动与传热进行了模拟计算,得到壳程流体速度、压力与温度分布图,并与传统弓形折流板换热器作比较。螺旋折流板节距与弓形折流板间距相等时,螺旋折流板换热器壳程传热系数增加了25%左右,而压力降减小了18%左右。通过对不同螺旋角度的螺旋折流板换热器进行模拟分析,发现随螺旋角增大壳程传热系数和压力降都呈减小趋势,且壳程流体进口平均速度越大,作用越明显,故在实际工程中,盲目追求高的传热系数或低的压降都是不可取的。本数值模拟可为螺旋折流板换热器进一步的工程研究提供可靠的理论参考依据。     

1/4椭圆螺旋折流板换热器性能的数值模拟

运用大型CFD分析软件FLUENT在简化模型的基础上进行数值模拟,对比分析了1/4椭圆螺旋折流板换热器壳程的传热及阻力性能随螺旋角度变化的规律. 结果表明,在相同的操作条件下,1/4椭圆螺旋折流板换热器的传热及壳程阻力性能都随着螺旋角度的增大而减小,其中以螺旋角度为35o的综合传热性能最好. 此外,在相同的螺旋角下,1/4椭圆螺旋折流板换热器的综合性能优于1/4扇形螺旋折流板以及普通弓形折流板换热器.     

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.     

隔板高度对螺旋隔板套管换热器的影响

采用计算流体力学方法对螺旋隔板套管式换热器壳侧的传热和阻力特性进行模拟,建立了螺旋升角为40o、螺旋隔板高度分别为b, 3b/4, b/2, b/4和b/8 (b为螺距)的换热器模型,分析了螺旋隔板高度对壳程流体传热的影响. 结果表明,相同壳程工质体积流量下,换热器的壳程总换热量、换热系数和阻力系数随隔板高度增加而增加,单位长度压降随隔板高度增加而减小. 隔板高度为b, 3b/4和b/2时比隔板高度为b/8时的换热系数分别提高7.83, 3.68和3倍,壳程进出口压降分别减少98%, 97%和95%,但阻力系数却分别提高34, 15.3和5.3倍. 为提高螺旋隔板强化单管换热器的壳侧综合换热性能,其隔板高度应为1/2b~3/4b.     

基于ANSYS-CFX的管壳式换热器壳程性能的数值研究

利用Pro/E对弓形折流板换热器进行了参数化建模,采用ANSYS-CFX对换热器壳程流体的流动与传热做了模拟分析。从数值模拟的角度分析了单弓形折流板换热器壳程振动和传热"死区"产生的原因,研究了不同折流板间距、不同折流板缺口高度及不同进口流速对换热器壳侧传热和压降的影响,并在此基础上对换热器的结构提出了优化措施。     

三维针翅片管在螺旋板换热器应用传热强化研究

将光滑管外表面进行滚压—犁切复合加工,形成了三维A型针翅片管,应用于连续形的螺旋导流板换热器中,流体在连续形螺旋导流板换热器的壳程中类似于塞状流流动,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折流板换热器高得多。文章以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管螺旋导流板换热器进行了性能对比。实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的Nusselt数和压降△p分别是光滑管螺旋导流板换热器的2.4～2.8倍和1.2～1.4倍。与光滑管螺旋导流板换热器相比,螺旋导流板三维A型针翅片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,三维A型针翅片管具有很好的传热强化性能。     

花格板换热器的流动与传热

花格板换热器作为一种新型的管壳式换热器,其流动和传热机理研究目前尚未有较深入的研究。通过CFD技术,对花格板换热器的流动和传热性能进行了研究,并将结果与传统的弓形折流板换热器进行了比较,结果表明,在相同的Reynolds数下,花格板换热器的压降仅为折流板换热器的0.45倍左右,而两者的传热系数相差不大,因而花格板换热器的综合性能参数约为折流板换热器的2.2倍左右。