超低流阻板式换热器减阻强化传热的研究

在分析超低流阻板式换热器的流动及传热特性的基础上, 提出了减阻强化传热的概念, 并开发了一种新型的扰流件用来实现超低流阻板式换热器的减阻强化传热。通过实验研究给出了相应的传热及流阻关联式,发现只要操作的Ｒｅ数选择适当, 就能够达到预期的效果, 为该板式换热器进一步用于大流量气气换热开辟了一种新途径。     

相变微胶囊悬浮液圆管内换热特性模拟

相变微胶囊悬浮液在相变过程中具有较大的相变潜热，可以减小温度的变化程度，且比单相流体具有更高的对流换热系数，成为广泛关注的新型热工流体。本文针对相变微胶囊悬浮液在等热流边界条件下的管内层流，根据差示扫描量热法所得到的相变温度范围，采用矩形等效比热容模型，进行了数值模拟分析，并结合以溴代十六烷为相变材料的相变微胶囊悬浮液的实验数据，将数值模拟结果与实验结果对比并进行误差分析。又对在不同质量分数、不同热流密度条件下的对流换热进行研究，分析了不同参数对对流换热强度的影响。并通过拟合得到了相变微胶囊悬浮液圆管内对流换热关联式。然后改变管径、流速条件重新模拟验证该关联式的通用性，其结果表明模拟结果与预测公式高度吻合，该关联式的通用性较好。     

缠绕管式换热器性能及应用研究进展

介绍了缠绕管式换热器的主要结构形式,从实验研究和数值模拟两方面综述了缠绕管式换热器的研究现状。重点阐述了多股流缠绕管式换热器的壳侧传热模型和设计计算研究、几何结构参数对缠绕管式换热器流动传热性能的影响和不同换热管形式的缠绕管式换热器研究。基于目前取得的研究成果,结合缠绕管式换热器的工程应用现状,指出了需要深入研究的方向和发展趋势。     

管壳式换热器传热传质特性研究综述

换热器是各种具有热能行业中应用最为广泛的设备之一,往往占设备总投资的很大一部分。本文设计了用于LNG的管壳式换热器,并研究了不同几何结构参数的管壳式换热器壳侧和管侧对传热、压降和换热器体积的影响。通过改变换热管外径、中心筒直径和层数来分析绕管换热器壳侧和管侧的传热性能的影响因素;并得出了管壳式换热器内速度场,温度场,相变含汽率和平均沸腾传热系数的分布规律。比较管壳式换热器内流体流动和传热特性,分析了不同质量流量对LNG汽化传热性能的影响及对换热器壳侧相变传热及两相流动对设备性能的影响。对改善换热设备性能并提高换热效率的研究提供了参考。     

板式换热器在高粘度流体强化传热的工程研究

通过对高粘度流体强化传热的工程研究,确定传热系数与流量、流体阻力与流速的关联式,实验证明采用板式换热器代替反应釜夹套撤热是行之有效的,高效换热器在高粘度流体的工程应用上可达到强化换热的效果。     

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.     

影响板式换热器对流传热因素分析

对流传热是板式换热器一种主要传热方式,影响对流传热的因素很多,本文主要分析了板片垢层厚度、板片波纹倾角、板片波纹深度、热交换流体进出口位置、流体流动状态、流体粘度等对对流传热的影响,并总结出提高对流传热的措施。     

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.     

绕管式换热器单相流计算方法及实验对比

为了绕管式换热器的准确设计计算,针对Schmidt和Gilli关于绕管式换热器单相流的管程和壳程的对流换热及流动压降的计算关联式,文中通过实验及理论分析,给出了修正关联式。制作了一台按照典型绕管换热器结构设计的试件,用于水-水对流换热实验,得到了分别改变管程水速和壳程水速的传热系数图和流动压降图。通过Schmidt和Gilli公式的计算值与实验值的对比,采纳了Schmidt关于管程对流换热的计算关联式,对壳程对流换热计算关联式以及管程和壳程的流动压降计算关联式进行了改进。改进后的计算关联式进行计算后的传热系数及流动压降与实验数据吻合较好。     

泡沫金属在熔盐相变蓄热中的强化传热特性

搭建了熔盐蓄热特性实验平台，开展相变蓄热过程传热特性实验研究。建立了蓄热容器二维轴对称、瞬态固液相变数学模型，相变过程模拟采用Solidfication & melting模型，相变区域采用Boussinesq近似，对比了纯硝酸盐蓄热工况和填加泡沫金属后蓄热工况数值模拟结果。采用实验与数值模拟相结合的方法，重点分析了泡沫金属对熔盐蓄热过程的强化传热作用。结果表明，填加泡沫金属能够有效提高熔盐换热速率，泡沫金属孔隙率越小强化蓄热效果越显著。泡沫铜的热导率较高，相对于泡沫镍和泡沫铝有更好的强化传热效果，蓄热速率是纯硝酸盐蓄热的1.6倍。在相变蓄热后期自然对流换热占主导地位，此时泡沫金属会抑制自然对流。同时，填加的泡沫金属越靠近容器中心位置，对自然对流抑制作用越强，蓄热性能越差。     

Thermal model validation of plate heat exchangers with generalized configurations

Thermal models of plate heat exchangers rely on correlations for the evaluation of the convective heat transfer coefficients inside the channels. It is usual to configure the exchanger with one countercurrent single-pass arrangement for acquiring heat transfer experimental data. This type of configuration approaches the ideal case of pure countercurrent flow conditions, and therefore a simplified mathematical model can be used for parameter estimation. However, it is known that the results of parameter estimation depend on the selected exchanger configuration because the effects of flow maldistribution inside its channels are incorporated into the heat transfer coefficients. This work presents a parameter estimation procedure for plate heat exchangers that handles experimental data from multiple configurations. The procedure is tested with an Armfield FT-43 heat exchanger with flat plates and the parameter estimation results are compared to those obtained from the usual method of single-pass arrangements. It can be observed that the heat transfer correlations obtained for plate heat exchangers are intimately associated with the configuration(s) experimentally tested and the corresponding flow distribution pattern(s).     

扭曲椭圆管换热的壳程强化传热特性

通过搭建扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能测试平台,对扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能进行了实验测试,以实验数据为基础对前人得到的壳程传热与压降性能计算准则关系式的应用范围进行了分析,同时拟合得到了测试用扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能计算准则关系式,设计了与测试扭曲椭圆管换热器结构类似的折流板换热器以及折流杆换热器,采用相关计算方法对换热器的传热与压降性能进行了计算和比较,并分析了3台换热器的综合性能,结果显示扭曲椭圆管换热器传热效果好、压降低,具有很好的工业应用前景。     

翅片板式传热器双流道传热与流动数值模拟

焊接型板式传热器的紧凑性好、质量轻、传热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识,因此人们纷纷对板式传热器内流动状态和传热机理展开研究。鉴于此,本文运用数值模拟软件Fluent对全焊接翅片板式传热器双流道进行模拟,在此基础上又进行了实验研究及实验数据与数值模拟的对比分析,得出不同结构参数和操作参数下翅片的传热系数和压力降,并分析翅片高度和翅片间距对翅片传热性能与流动阻力的影响。结果表明：①固定冷侧的入口速度和温度,热侧的传热系数和压降随之热侧入口速度增加而增大;②板间距一定时,翅片高度并非越高传热性能越好;③翅片间距越小,传热性能越好。     

具有相变的三介质换热器的分析

具有混合能源的暖通空调与制冷（heating, ventilation, air conditioning & refrigerating, HVAC&R）系统通常需要在3种或多种流体之间传递热量。三介质换热器能满足多流体换热需求,在该领域具有应用前景,其优化具有重要意义。对于具有相变的三介质换热器,现有的热阻定义不能很好地发挥作用,而最新提出的理论提供了另一种方法。本文采用分布参数法建立了翅片管三介质换热器的仿真模型,并用实验结果进行了验证。此外,还推导了三介质换热器中基于耗散的的热阻。根据传热量和理论,分析了不同结构和空气流量下的三介质换热器的换热性能。结果表明,采用基于耗散的热阻作为评价标准与采用传热量为评价标准相比,改变管路排布方式获得的优化结果不同,改变管径或风量获得的优化结果相同。以基于耗散的热阻为标准,考虑不同流体侧之间的传热和压降的匹配,以获得最佳的管路排布方式。本文的实验结果有利于制冷空调系统中三介质换热器的优化以及理论新应用领域的拓展。     

逆向传热

对换热器设计中经常遇到,同时又易于忽略的温度交叉和逆向传热进行了深入的探讨并指出其弊病。通过换热器的严格法计算机模拟,对某烃-水换热器,完成规定的热负荷;若采用单台换热器,存在6.5℃的温度交叉,需面积229m2,若采用2台串联,既避免了逆向传热,面积还降低到78m2。通过对于最常用的3类换热器分析得到以下结论:由于存在逆向传热的风险以及对数平均温差校正因子过低,单壳程、双管程换热器不允许存在温度交叉;而对于单壳程、单管程和双壳程、双管程2类换热器,允许存在温度交叉,且无逆向传热之虞。最后指出了解决逆向传热的方法。     

Numerical simulation and structure optimization of spiral wound heat exchanger with novel spacing bars

Spiral wound heat exchangers are widely used in industrial production for their advantages, such as large heat transfer areas and compact structures. However, their compact design also poses significant difficulties for numerical simulation and experimental research. The spacing bar between tube bundles has an essential impact on the performance of wound tube heat exchangers. This paper presents a new type of spacing bar vertically installed on the core barrel of the spiral wound heat exchanger to enhance the comprehensive heat transfer performance. A numerical model of a new type of wrapped tube heat exchanger has been constructed, which agrees with experimental results. Under the same working conditions, the comprehensive heat transfer performance on the shell side of the spiral wound heat exchanger with new spacing bars is increased by 7.4%–10.5% compared with the traditional structure. On this basis, the influence of the new spacing bar's structural parameters on the heat exchanger's performance was studied, and the empirical correlation between the structural parameters and operating conditions of the new spacing bar and the performance of the heat exchanger was fitted. The research results have guiding significance for the design of spiral wound heat exchangers.     

基于(火积)耗散热阻的新型蜂窝板式换热器性能分析

板式换热器在工业生产中广泛应用。基于换热器(火积)耗散热阻理论,采用数值模拟和实验相结合的方法对新型蜂窝板式换热器进行研究。结果表明数值模拟和实验结果在合理的误差范围内,验证了数值模拟的可靠性。新型板式换热器内部蜂窝结构附近的速度场出现规律的周期性变化,流体湍流强度增加,提高了换热效率。新型板式换热器换热量与其(火积)耗散和(火积)耗散热阻呈反比例关系,这为新型蜂窝板式换热器的优化提供了理论依据,并为工业生产提供参考。     

板式换热器Ni-P-TiO2复合纳米镀层微生物污垢特性

换热器微生物污垢问题普遍存在于能源化工领域，污垢的聚集会导致设备的流动阻力、燃料消耗和维护成本支出大幅度增加。本文采用复合纳米镀层来抑制和减轻换热表面的微生物污垢的附着和沉积。首先采用化学镀的方式，在板式换热器的不锈钢316板上镀覆 Ni-P-TiO₂复合纳米镀层和对照性的Ni-P 镀层。基于板式换热器的微生物污垢在线监测实验系统，研究了镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器微生物污垢特性。结果表明，清洁状态下，镀覆两种镀层的板式换热器其摩擦系数（f）和Nusselt数（Nu）相较未镀覆板式换热器均略有增加；微生物污垢实验后，相比较未镀覆的板式换热器，镀覆Ni-P镀层的板式换热器污垢热阻减少了8.36%~23.07%，而镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器污垢热阻减少了16.6%~30.96%；在相同微生物污垢实验工况下，镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器的摩擦系数（f）相比Ni-P镀层的低2.54%~11.82%，但Nu却明显高于Ni-P镀层达8.47%~9.45%，并且污垢热阻明显小于Ni-P镀层达10.66%~18.18%，镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器展现了优异的强化传热性能和抑垢性能。     

折面螺旋折流板换热器的流动传热性能

针对现有平面螺旋折流板换热器的相邻折流板与壳体间存在的三角漏流区,提出了一种折面螺旋折流板换热器。基于实验研究分析了折面螺旋折流板换热器的螺旋角和搭接度对流动传热性能的影响,并拟合了壳程对流传热和阻力系数的实验关联式。结果表明,当壳程体积流量相同时,随着螺旋角的减小,折面螺旋折流板换热器的壳程总压降增加,壳程管束压降增加,壳程膜传热系数提升,综合性能增强;相同壳程体积流量下,随着搭接度的增加,壳程总压降也增加,壳程膜传热系数增加,综合性能提高。实验研究表明螺旋角18°、搭接度50%的折面螺旋折流板换热器流动传热性能最佳。将折面螺旋折流板换热器的螺旋角和搭接度作为修正因子拟合到了实验关联式中,对比发现实验值与Nu实验关联式计算值的平均相对误差为1.13%,与f实验关联式的平均相对误差为6.84%,说明了拟合的正确性和可靠性。研究结果为折面螺旋折流板换热器的设计提供了理论指导。     

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面：一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。