立式花瓣管外空气螺旋流动传热及流阻性能研究

螺旋隔板花瓣管换热器具有优异的换热性能,但由于目前基础数据不足,螺旋隔板花瓣管换热器的应用还未能普及,研究花瓣管几何结构参数对换热过程的影响规律及传热机理,可为该类型换热器提供设计依据.今在实验中通过采用空气在缠绕金属螺旋片的换热管外套管环隙中的换热来模拟螺旋隔板换热器的换热过程,研究了空气在缠绕螺旋片的立式光滑管和不同翅片高度与间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热与流阻性能,分析了花瓣管翅片高度和间距等主要几何结构参数以及管外空气流速对传热与流阻性能的影响.实验结果表明:翅片高1.5mm、间距1.0mm的花瓣管具有最佳的传热性能,花瓣管外空气对流换热系数是光滑管的1.48～3.24倍;在实验范围内,随着空气流速的增加,花瓣管外空气对流换热系数与流动阻力也相应增加,但综合换热性能下降并在空气流速为36.0～42.2m·s-1时达到最低值.     

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。     

扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000～14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53～2.53倍,为光滑内管换热器的3.08～4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。     

空气在立管外螺旋流动数值模拟及实验研究

立式螺旋隔板换热器是占地面积小、高效节能的换热装置,研究空气在立管外螺旋流动的传热和流阻性能可为设计螺旋隔板换热器的提供依据,经实验证明空气在立管外螺旋流动的对流换热系数是空气横掠单管的2-3倍。利用模拟软件PHOENICS对立管外空气流动进行数值模拟,将其与实验结果进行分析比较,误差低于10%,证明是实验方法的有力补充并对此进行机理分析,可为螺旋隔板换热器提供设计参考。     

三维管烟气换热器传热特性的实验及模拟研究

通过实验对三维管换热元件与传统H型鳍片管进行测试,研究其传热特性. 结果表明,三维管换热器的总换热系数是H型鳍片管换热器的2?3倍,采用错列布置换热管比顺列布置换热管的阻力大. 修正的气侧对流换热系数关联式更符合实际,计算结果比原式提高约26%,FLUENT软件能很好模拟三维管换热器的实际情况,模拟结果误差较小.     

三维螺旋翅片管换热特性分析及试验研究

首先对一种新型针刺型三维螺旋翅片管建立管外传热微分方程,得到该管外侧翅片的一些结构参数的优化值,并通过管外强迫对流换热试验,归纳出一定排列方式下的换热和流阻实验关联式。经与圆翅片管比较,结果表明该新型换热管不失为一种高效的换热元件     

螺旋扭曲管用于燃气轮机进气温度调节换热器的可行性研究

对将螺旋扭曲管用于燃机进气温度调节换热器进行可行性分析，模拟燃机进气加热器实际运行的工况条件进行综合传热性能实验研究，得到了传热与流阻准则关系式；引入综合评价因子概念并与传统钢铝翅片管换热器进行对比发现，螺旋扭曲管换热器是钢铝翅片管换热器的1.31~1.52倍。以某建设项目采用的E级PG9171E型机组为例，对采用螺旋扭曲管和钢铝翅片管的两种进气温度调节换热器进行对比发现：当采用螺旋扭曲管换热器时，在同样换热能力下，换热器风侧阻力增大了14.7%；在同等质量下，换热器换热能力提高9.9%左右。     

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(火积)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(火积)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(火积)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。     

四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程的模拟和实验研究

搅拌釜内的强放热反应过程常常需采用内置螺旋盘管来增加换热面积,对带盘管搅拌釜内传热过程的数值模拟与盘管外侧对流传热系数的实验测定有重要的应用价值。今使用流体力学软件FLUENT对四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程进行模拟,得到了搅拌釜内温度场分布和盘管内外两侧平均对流传热系数。模拟采用标准k-ε湍流模型和强化壁面函数,考虑了釜内液体黏度、导热系数随温度的变化关系。在模拟搅拌釜的非稳态冷却过程中,将搅拌釜内温度的变化过程分成四段,模拟得到四个釜温下的拟稳态温度场和对流传热系数,在此基础上计算得到全冷却过程的平均对流传热系数。为了验证模拟的可靠性,对盘管外侧对流传热系数进行了实验测定。模拟获得的盘管外侧对流传热系数值与实验值相比误差为22.5%,盘管内侧对流传热系数模拟值与经验公式计算值相比误差为2.6%,不同釜温下盘管出口温度模拟值与实验测定值偏差在1.52 K以内,表明所用模拟方法在工程上是可行的。     

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.     

不连续双斜向内肋管换热器换热性能研究

不连续双斜向内肋管是一种新型强化换热管,采用数值模拟的方法对管内的流动情况进行分析,流体在管内形成了强烈的涡流,且主要出现在壁面附近;设计开发了一种可制造该强化换热管的模具,利用该模具生产的不连续双斜向内肋管制造了一台小型换热器,与同规格的光管换热器进行对比实验,研究表明不连续双斜向内肋管换热器的传热系数和热效率较光管换热器要高,具有优良的强化换热性能,在换热器行业具有广阔的应用前景。     

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。     

帘式折流片换热器强化传热数值研究

为解决折流板换热器壳程流体阻力过大和折流杆换热器低Re下传热系数较小等管壳式换热器的不足,提出了壳程流体"斜向流"的新概念,研制了新型高效节能管壳式换热器?帘式折流片换热器,其壳程传热系数高于折流杆换热器20%～30%,而壳程压力损失大幅低于折流板换热器。以场协同原理分析了斜向流的强化传热机理,指出在帘式折流片换热器壳程中流体速度场与温度梯度场间的夹角小于折流杆换热器,是其强化传热的重要原因。对帘式折流片换热器中折流栅间距、折流片倾角、折流片宽度等重要几何参数对传热和压降的影响规律进行了数值模拟研究,并据此推导了壳程传热系数和流体阻力降准数关联式,为其工程设计和推广应用提供了参考依据。     

网纹内管双套管双管板安全型换热器的传热性能

以网纹内管型双套管双管板安全型换热器为研究对象,采用内外管接触面积当量法,将网纹内管与外管内壁的接触面积当量成对应接触面积的直槽管;借助计算流体力学（CFD）软件采用数值模拟的方法对内管为当量的直槽管换热器传热性能进行了研究,换热器管壳两侧的介质均为水,分别将空气和水两种介质填充至隔绝腔内,模拟不同入口流量条件下传热特性;引入接触修正系数,在传统传热系数经验公式的基础上,结合网纹管模型特点,获得网纹内管安全型换热器传热系数计算公式,并对不同工况下换热器的传热系数进行理论计算;建立网纹内管安全型换热器传热特性评价实验台。结果表明：内外管接触面积当量法在处理网纹内管安全型换热器传热特性时具有可行性,基于接触修正系数的传热系数工程经验公式计算结果可靠;数值模拟结果、理论计算结果及实验结果具有较好的吻合趋势;隔绝腔介质分别为水及空气时,网纹内管的传热效率比内管为光管分别提高约24%和40%。     

管壳式换热器的研究进展

综述了近年来管壳式换热器的研究进展,从管程、壳程两方面介绍了传热强化技术和传热强化结构.管程传热强化方面主要介绍了一些新型强化管,壳程方面主要介绍了一些新型的支承结构,并指出了管壳式换热器的研究方向.     

管壳式波纹管换热器的结构特点与应用效果

针对传统的管壳式换热器在高沸点、高凝固点物系中使用存在的问题，介绍了以波纹管代替光滑直管的管壳式波纹管换热器强化传热的原理和结构特点，实践证明该新型换热器的传热系数提高了35％。     

多管式换热器的研究及工业应用分析

多管式换热器是一种较为新型的高效换热器，目前对于这种换热器的研究较少，其传热性能的研究也鲜见报道。对多管式换热器做了初步的研究，并以实际工业装置工况为例，采用管壳式、多管换热器和翅片管多管式作为换热器设计的三种方案，利用HTRI软件进行模拟，比较出三个方案在传热和经济方面的性能差异，分析多管式换热器在工业应用中优势，为研究和推广这种新型的换热器提供有价值的参考依据。     

管壳式换热器的研究与进展

介绍了管壳式换热器在多个方面的技术进展情况，主要从改进管子，折流挡板和支撑物，加入管内扰动体等方面提高传热效率，并简述了一些应用情况和几种新型材料的管壳式换热器。