管内层流强化传热的数值模拟

通过数值模拟,研究了85%甘油在含旋流片缩放管管内的传热与流阻特性,并与光滑管、缩放管的传热与流阻特性进行了对比。研究结果表明,层流时含旋流片缩放管的综合因子大于缩放管,且缩放管内插入6个小角度旋流片具有更好的传热性能。在有旋流片段可以通过减薄边界层厚度与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低流体的输送功耗。     

旋流片支撑缩放管管束传热与流动的数值模拟

通过数值模拟,以水为工质,研究了湍流时旋流片支撑缩放管管束管间的传热综合性能,并与无支撑光滑管管束、无支撑缩放管管束及旋流片支撑光滑管管束的传热性能进行了对比,分析了不同结构参数对其传热综合性能的影响;揭示了旋流片支撑缩放管管间流体速度场与温度场之间的协同性。结果表明:旋流片支撑急扩慢缩型缩放管管束相对急缩慢扩型具有更好的传热综合性能,且都比旋流片支撑光滑管管束的传热综合性能好,但二者都没有对应的无支撑缩放管管束综合性能好;具有小角度跟大扭率结构的旋流片更有利于旋流片支撑管束传热综合性能的提高;相对旋流片支撑光滑管管束与无支撑缩放管管束,旋流片支撑缩放管管束强化传热的原因在于传热场协同的增强作用更为明显。考虑管间支撑物支撑管束与抗振的必要性,旋流片支撑缩放管管束是一种高效的壳程强化传热措施,文中条件下通过优化,最大传热综合性能能达到1.057。     

旋流片支撑缩放管管束的复合强化传热

提出了由旋流片支撑缩放管管束的管壳式换热器壳程结构，对壳程工质为空气时，4种类型旋流片和空心环分别支撑缩放管管束的传热与流阻性能进行了实验研究，并进行了相互比较。实验结果表明：工质为空气时，270-20.3、180-20.3两种旋流片分别与缩放管管束配合，均具有优良的复合强化传热性能。尤其是270-20.3旋流片与缩放管管束配合，当Reynolds数为2000～20000时，其强化传热综合评价因子比空心环与缩放管管束配合时平均高出18%。     

内插旋流片的管内流动与换热的数值模拟

通过数值模拟,详细考察了光管内间隔插有旋转角为270.°、旋流角为38.1°旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同，并对4种旋流片的场协同数进行了比较。结果表明，在同样Reynolds数下，根据场协同数的大小来排列的旋流片类型依次为270-38.1、180-38.1、270-20.3、180-20.3，且与传热性能高低排列是一致的。通过改善速度场与温度梯度场的协同程度是提高换热性能的一个有效手段，且内插旋流片能有效地改善速度场与温度梯度场的协同程度从而提高换热性能。     

含固体粒子旋转流强化流体传热的实验及模拟研究

针对管内除垢与防垢及强化传热问题,对工程上应用较广的扭曲管、扭带管中旋流场内低浓度液固流场综合性能进行实验及模拟研究. 结果表明,含粒子旋流场可提高流体湍流强度,与圆管相比,扭曲管和内插扭带圆管均有较好的旋流效果,相同Re下扭曲管的换热系数提高18.7%~30.1%,阻力系数提高13.1%~181.8%,综合性能评价因子平均提高15.5%,高于圆管和扭带管;而扭带管的换热系数比圆管提高5.6%~32.9%,阻力系数最高. 对扭曲管内粒子传热性能进一步优化,模拟值与实验值的误差为10.7%~12%. 旋流作用有利于提高液固流场的综合性能,但较高流速下该综合性能则逐渐降低.     

糖厂蒸发器的强化传热及多效蒸发的节能优化

通过实验研究了内插旋流片的缩放管对糖汁蒸发传热的影响,对缩放管和不同个数旋流片对强化传热的影响做了比较分析。与传统蒸发器相比,内插旋流片缩放管的蒸发传热系数提高150%~200%;在此基础上,利用内插不同个数的缩放管对糖厂蒸发器进行改造,对多效蒸发系统进行优化,在相同的总传热温差和总传热面积下,传热系数的提高能够增加系统效数,进而使生蒸汽消耗量减少。优化结果表明,生蒸汽消耗量最减少37%左右,从而达到节能目的。     

缩放管内带衰减性自旋流的复合强化传热研究

以水、质量分数50%和85%的甘油为工质,对缩放管内分别插入的10种不同结构形式旋流片的传热性能进行实验研究.结果表明:相同实验流量范围内,以传热强化综合因子η为目标,在水为介质下,η均小于1,不适用.在质量分数50%甘油为工质下,旋流片的扭率为2.52,旋转角为180°,间距为383 mm时,η最大,在1.08-1....     

矩形缩放管间插入旋流片的传热实验研究

为了研究新型换热器——矩形管束换热器的传热性能,采用矩形缩放管间插入一组旋流片来研究旋流片下游的传热与流阻性能,并与光滑矩形管的传热和流阻进行比较。实验结果表明:在实验范围内(19 000Re44 000),随着下游距离的增大,旋流片产生的自旋流逐渐衰减,局部Nu数和阻力系数减小,并且局部Nu数的下降速度要慢于阻力系数的;当下游距离在0—200 mm时,阻力系数下降的程度较大;旋流片下游在得到强化传热的同时,阻力增加也很大。     

旋流叶片管相变传热过程数值模拟

相变传热是一种特殊的管内传热方式,采用具有内旋流结构的管子在保证相变传热效率的同时,防止相变传热引起的管壁烧干传热恶化现象是改进换热设计的重要手段。本文基于计算流体力学软件FLUENT对一种带有多段贴壁旋流片的管内两相流动过程进行了数值模拟。计算得到了管内速度分布和管道阻力情况。计算结果表明这种带有旋流片的管道在控制管阻的同时有效增强了管内传热效率。     

缩放管内湍流对流换热(Ⅱ)结构优化

根据缩放管管内湍流对流换热的场协同控制机理,提出一种强化缩放管管内湍流对流换热的改型结构,即保持肋高和肋距不变的前提下,采用平直连接收缩段和扩张段的方式,延长收缩段的长度,相应缩短扩张段的长度,增强管内速度场与温度梯度场的协同作用.模拟计算的结果表明,这种新的结构可优化缩放管中速度场与热流场的协同关系,提高Nusselt数4.67%～8.34%,但同时也增大了阻力7.87%～15.22%(Re=1.5×10⁴～5×10⁴).与惯用的优化缩放管结构（收缩段为扩张段2倍）相比较,改型后的缩放管的Webb性能因子η=1.008～1.06.     

含间隔分置旋流片的缩放管复合强化传热

Pressure drop and compound heat transfer characteristics of a converging-diverging tube with evenly spaced twisted-tapes （CD-T tube） have been investigated experimentally. Swirl was generated by evenly spaced twisted-tape elements which vary in twist ratio and rotation angle. Space ratio also has an important effect on the characteristics. For comparison, experiments in a smooth circular tube and a converging-diverging （CD） tube with-out twisted-tapes were carried out. The results show that the twisted-tape with twist ratio y=4.72 and rotation angle θ=180° has the best performance among the four types of twisted-tapes presented in this paper. At Reynolds number ranging from 3400 to 20000, when space ratio s=48.6, the heat transfer efficiency index, which increases as the Reynolds number increases, is 0.85-1.21 and 1.07-1.15 compared to that of a smooth circular tube and a CD tube without twisted-tape inserts, respectively.     

急扩加速流缩放管气体换热器的结构及应用

根据传热场协同理论,研发出改进型缩放传热管——急扩加速流缩放管,对缩放管的凹凸肋面作了改进,使其能满足两场矢量夹角小于90°强化对流条件的传热管段比例由原先的60%提升到90%,从而有效地加强了近壁处传热滞流底层的对流传热作用。采用漩流片支撑取代空心环网板支撑,可使经过支撑物的流体形成自漩流的流动状态,从而可以发挥管间支撑物的对流强化传热作用。实际应用表明,与目前国内较先进的光滑管换热器相比,急扩加速流缩放管换热器换热面积减少约35%,设备总质量降低约45%。     

换热管内插入间隔自旋扭带流阻与传热特性的实验研究

通过实验研究了内置间隔自旋扭带的换热管的传热和流阻特性。实验结果表明,间隔扭带的换热系数和摩擦系数都低于全长扭带;扭转比越大,间距对换热管阻力和传热特性的影响越小。此外,作者还建立了包含间隔扭带结构参数在内的流阻与传热特性的经验关联式。     

气流横向冲刷管束湍流换热的场协同分析

推导出了气流横向冲刷管束湍流换热时的传热Nu数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对湍流时场协同原理进行了分析与验证。结果表明,换热随管排方式和管间距的改变而有所不同,是因为速度场与热流场的协同作用的不同,速度场与热流场的协同性好,则传热性能好。场协同原理同样适合于气流横向冲刷管束湍流流动与换热。对湍流换热时场协同作用特点进行了分析,指出湍流时速度场与热流场的协同作用对换热的影响主要表现在粘性底层以外的壁面附近。     

缩放管内带衰减性自旋流的局部性能

The distributions of thermal resistance in viscous sublayer,buffer region and turbulent core region,local flow resistance and local heat transfer characteristics at different locations downstream of the twisted-tape element were numerically studied in a converging-diverging tube inserted with spaced twisted-tape element by analyzing the attenuation of self-sustaining swirl flow.The results showed that the local performance was poor as thermal resistance was too concentrated in its distribution for a particular region.The more uniform the distribution of thermal resistance,the better the local performance.The local performance reached its best when the fluid just left the spaced twisted-tape,in which the flow resistance dropped substantially but the enhancement of heat transfer was still significant.The self-sustaining flow was maintained at a long distance.The best performance was at the length of 36.85 times the diameter,increasing by 6.8% compared with a converging-diverging tube.     

缩放管内湍流对流换热(Ⅰ)场协同控制机理

通过对缩放管管内湍流对流换热的模拟研究,考察了热边界层厚度、湍流强度及时均速度与时均温度梯度之间夹角的变化规律,得出了影响对流换热强度的场协同作用沿流动方向的分布规律.通过讨论两种不同结构尺寸缩放管的换热情况,发现流体在收缩段可获得较好的场协同作用,增强换热能力,而在扩张段场协同作用的效果减弱.     

矩形自支撑缩放管换热器强化传热的结构优化

在新型换热器--矩形自支撑缩放管换热器的基础上,通过FLUENT软件利用三维数值模拟的方法分别研究在缩放段长度比例保持不变的情况下,缩放节距及缩放肋高对换热器管程、壳程及整体综合传热性能的影响,并得出缩放管的优化尺寸。研究表明:对于换热器管程和壳程,缩放节距l越小,换热效果越好,阻力也越大,壳程在l=16.5 mm 时综合传热性能达到最佳,而管程则在l=9 mm时综合传热性能最好;缩放肋高h越大,二者的换热效果越好,阻力也由于管子的粗糙程度增加而变大,此时综合传热性能管程在h=1.25 mm时最好,壳程则在h=0.5 mm时最好。引起这些变化的原因主要是由于随缩放节距与缩放肋高的增加,管程和壳程通道内的回流区不断增加,在回流区的增加造成阻力增加的同时,也改善了速度场与温度场的协同性,从而使二者的传热性能增强。最后将管程和壳程作为一个串联的整体进行综合考虑,得到整个换热器的综合传热性能在l=15 mm,h=0.75 mm时达到最佳,综合因子η=1.136~1.155(壳侧Re=27900~41900)。