基于数值计算方法的换热器管板等效方法研究

换热器管板等效方法影响到管板受力变形计算的准确性。以管壳式换热器为例,分别建立了开孔管板结构、共用节点的实心管板结构和主从节点绑定的实心管板结构有限元模型。采用数值计算方法,对管板的应力和变形进行了分析。有限元计算结果表明:采用主从节点绑定的实心管板结构与开孔管板结构变形最大相对误差为8.4%、孔边应力相对误差超过60%,说明主从节点绑定的实心管板结构仅可准确描述管板的变形。通过对比分析主从节点绑定的实心管板结构与开孔管板结构开孔区域应力分布,得到开孔边缘的应力集中系数为约3,开孔中部的应力集中系数约为2。     

中心少量开孔管板的应力分析

中心少量开孔的管板是一种依靠GB/T 151无法计算的"非标管板",其合理的厚度设计一直是工程应用的难点。根据JB 4732中的解析式,使用maple计算软件求得某循环丙烷冷却器管板的周向应力和径向应力。并应用ANSYS软件的workbench建立该换热器管板-管束的有限元分析模型,对其在机械载荷作用下的三种工况进行详细的应力分析,按照JB 4732标准进行强度评定。研究结果为以后此类中心少量开孔管板的结构设计和计算提供了一定的参考依据。     

椭圆形管板的应力分析

本文主要研究了椭圆形管板的应力分布。理论计算采用有限单元法,实验采用电测法。由两台模拟设备的研究结果表明,理论计算与实验结果一般比较吻合。同时表明,椭圆形管板的最大应力并非出现在管板的顶点,因而有关文献中以此为基点的强度条件亦不能成立。为此,作者对各种结构参数的设备进行了计算,绘制了一组用无因次参数表示的图线。设计者可根据这些图线进行强度计算或进行强度校核。文中还附有计算实例。     

分布板开孔率对气固流化床流动特性的影响

在内径0.14 m,高1.6 m的气固流化床中,以空气和流化催化裂化颗粒为气相和固相,采用PV-6A型光纤测速仪和U形管压差计分别测定三种不同开孔率分布板时的颗粒浓度分布和分布板压降,同时应用流体力学软件Fluent 6.2分别对三种不同开孔率分布板压降,径向固含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验值吻合较好.研究结果显示,分布板压降随开孔率的增大而减小,分布板开孔率大于0.86%后对压降影响较小;径向固含率波动随开孔率的增大而增大,开孔率0.46%的分布板径向固含率分布曲线波动最小,气固分布最均匀.     

蒸发器管束动载荷下异型管板的有限元分析

采用ANSYS软件,对两相流体绕流与气泡脱离作用下,制冷装置蒸发器异型管板进行强度分析和评定。结果表明:应力强度最大点位于管板与换热管连接处,考虑动载的蒸发器管板最大Tresca当量应力值大于相应静载下的值,管板上端开孔处位移变化幅度大于下端开孔,脉动载荷对上端换热管与管板的胀焊连接的破坏影响强于下端换热管与管板连接。     

换热器管箱内流场数值的模拟分析

设计了一种圆形分布板,采用CFD数值模拟方法,以管板处流场和压力场的均匀性作为衡量指标,研究了圆形分布板距管板不同距离时管板上流场和压力场的分布。模拟结果表明,圆形分布板能提高管板处流场和压力场的均匀性,对于所研究的管箱,当圆形分布板距离管板440mm时流场均匀性最好,压力分布也比较均匀。     

孔分布对多孔孔板流场和噪声的影响

目前多孔孔板普遍采用均匀布孔结构,广泛用于管路限流降压以及减振降噪,为了进一步提高流动稳定性以及降低流噪声,在保持等效开孔直径不变的前提下,设计了具有不同孔间距、孔数和孔径的非均匀孔分布多孔孔板模型。基于数值计算结果,详细比较了含不同孔板模型管路流场中的速度、压力、回流特性、射流会聚和流动发展等流动特征。采用声学模型计算了孔板的噪声,在中心线以及垂直于流动方向的截面上设置监测点,对比了其频谱特性和总声压级。结果表明,与均匀多孔分布的常规孔板相比,孔间距等差递减、孔板边缘的孔数增多、以及孔径在满足不减少孔数的条件下增大,均能在不影响降压能力的情况下提高流动稳定性和降低板后噪声,且其噪声值分别最大改善了5.62, 6.10和7.00 dB。     

槽式液体分布器预分布管的均匀性分析

为了提高槽式液体分布器预分布管流体分配的均匀性,把均匀开孔变成非均匀开孔Ⅰ、非均匀开孔(加卸压孔)Ⅱ两种开孔方式,借助计算流体力学软件FLUENT利用k-ε模型对其三维流场进行数值模拟求解。分析得出改变开孔直径,并加一卸压孔这种开孔方式下各孔的出流量、管内的静压和湍动能分布最均匀,适用于工程的操作。     

基于Mori⁃Tanaka方法的短纤维复合材料开孔板分析

基于Mori?Tanaka均匀化方法，对短纤维复合材料开孔板力学性能进行研究。首先，使用Mori?Tanaka方法预测单向和二维2种分布形式的短纤维复合材料应力?应变曲线曲线。其次，通过试验方法分析不同区域纤维取向对开孔板力学性能的影响。最后，使用多尺度方法研究不同注塑位置和不同开孔方式对开孔板力学性能的影响，该部分在宏观有限元分析中耦合了注塑模拟的纤维方向分布以及Mori?Tanaka均匀化方法得到的复合材料参数。结果表明，短边注塑开孔板综合力学性能更好；孔周围纤维分布是影响应力集中的主要因素；整体的纤维取向分布影响开孔板的刚度；单向纤维材料的角度对材料性能的影响不是单调的。     

平盖开孔的有限元分析及其补强方法的探讨

为了使平盖开孔补强结构更为合理、可靠,使用圆形平板的理论解和有限元分析方法,对不同开孔直径的27个平盖模型进行了应力计算和分析比较,进一步探讨了不同的开孔补强方法。结果表明,对于开孔率小于0.5的平盖开孔补强采用均匀增加平盖厚度的方法,不能解决孔边产生的应力集中问题,难以达到补强的效果;而采用外加补强元件的方法,则应明确其补强范围应在2d范围内。     

Experimental investigation of maldistribution in vertical plate falling film tower

Falling film towers are popular in process industries due to moderate air side pressure drop, less energy ingesting liquid distribution and easy cleanup features. Two major limitations of falling film towers are the uneven distribution of liquid across solid surfaces (maldistribution) and contraction of falling liquid film on the solid surface (poor wetting). Maldistribution of liquid is primarily dependent on the type of liquid distributor and scope of liquid flow (slit opening) across solid surfaces. In the current communication; the influence of liquid distributor on maldistribution problem for vertical plate falling film tower has been experimentally investigated. Four types of liquid distributors: plain tube, spray nozzle, perforated plate, and branch tube distributor have been tested. Effect of parameters: slit opening, liquid flow rate, and the number of plates on maldistribution are also explored. It is found that branch tube distributor is best suited for vertical plate falling film tower application.     

U形管式换热器整体管板设计的计算方法

本文介绍了U形管式换热器整体管板设计的一种计算方法。该方法是:将管板的钻孔区处理为一块承受均布载荷的当量实心圆板,将管外板侧的非钻孔区处理为一块承受均布载荷的圆环板,考虑了管箱和壳体与管板间的相互作用,采用解析法分析管板的变形和应力,按ASMEⅧ—2的方法对应力进行评定。该方法采用F.Osweiller假想弹性常数,它适用于管孔按正方形排列的整体管板。按其计算的管板厚度比按其它常规设计方法计算的厚度薄。     

管形对水平管降膜圆周膜厚和Nusselt数的影响

针对海水淡化系统的水平管降膜蒸发,建立了二维数值模型,分析了光滑圆管和6种不同截面形状的蛋形管外降膜流动及传热特性。采用VOF方法考察了不同管型对管外液膜分布和传热特性的影响。数值结果表明:蛋形管外液体沿周向流动较圆管稍快,且可获得更均匀更薄的液膜;液膜厚度随半轴比ε增大而减小,随周向先逐渐减小后迅速增加,圆管和蛋形管的液膜最小值分别出现在周向相对坐标0.69和0.70~0.84附近。蛋形管的膜内量纲1温度较圆管的小,其热边界层厚度较薄,具有更好的传热性能。拟合数据得到,ε为2.4的蛋形管具有最好的传热性能,其Nusselt数可达0.32,较圆管的高出12.68%。最后,将数值模拟结果与文献中的数据进行了对比,验证了数值模型的可行性和合理性。     

蒸汽发生器的结构优化设计

针对厚管板结构的蒸汽发生器耗材大、制造成本高、易产生温差应力而导致管板与管头之间损坏等缺点,对蒸汽发生器的管板结构进行优化设计,用挠性薄管板结构代替厚管板结构。应用有限元分析软件(ANSYS)对挠性薄管板结构进行耦合场(温度场和应力场)模拟分析计算。通过分析计算,挠性薄管板结构可行且具有一定的先进性。采用薄管板结构避免了因温差应力而损坏的技术问题,且节省材料,制造方便,大大节约了制造成本,具有很好的经济性。     

复合材料圆管弯曲强度研究

对两组不同支距(100,200,300,400,500mm),在管芯加与不加塞子情况下的纤维增强复合材料圆管进行了弯曲试验。结果显示加与不加塞子,对圆管的弯曲强度的试验结果影响很大。对于所测试的玻璃纤维增强复合材料圆管,管芯不加塞子情况下的纤维增强复合材料圆管的弯曲强度约为加塞时的42%～60%,试验结果离散性较加塞时高出2%～4%。为探索一种合理的复合材料圆管弯曲性能的评价方法,本文对此现象进行了分析,建立了复合材料圆管弯曲强度模型,并采用修正的Hill平面应力准则给出了加与不加塞子情况下两者弯曲强度之间的关系。理论计算结果与测试值符合得很好,表明可以采用管芯加塞弯曲实验方法,再利用本文所建立的关系获得复合材料圆管较真实的弯曲强度。     

涡发生器对脱硫系统除雾器性能的影响

通过数值模拟研究了平板、椭圆板、圆管、方管和三角管5种涡发生器分别安装于湿法烟气脱硫系统折流板除雾器中的除雾效率与压降。采用欧拉-拉格朗日方法分别求解气相-液相运动状态,入口流速U _in为3~6m/s,液滴直径范围2~80μm。结果表明,平板的除雾效率与压降增大最多,U _in=3m/s时,除雾效率相比无涡发生器高31.98%,压降高30Pa。平板对2μm液滴具有较高的除雾效率,最大为34.88%,比无涡发生器高20.81%。椭圆板U _in=3m/s时除雾效率比无涡发生器增加29.14%,压降升高20.47Pa。圆管、方管和三角管的总除雾效率分别高达95.05%、97.49%和96.48%。压降方面,方管为无涡发生器的4.18倍,圆管和三角管分别为2.05倍和2.79倍。另外,考察了椭圆板攻角的影响。在相同U _in下,除雾效率随着攻角的增加而增大,50°的椭圆板除雾效率为97.09%~99.15%。攻角对2μm液滴的分级除雾效率影响不大。压降随着攻角的增大而增加,U _in=4m/s时,攻角从0°增加到50°,压降从25.3Pa增加到92.78Pa。椭圆板因其迎流面积与长宽比的匹配以及流线型产生了较多涡流,具有良好的强化除雾效率效果以及较小的压降。     

扭曲椭圆管强化传热研究进展及应用

扭曲椭圆管因结构简单、强化传热及阻垢性能优异,近年来成为被动强化传热领域研究热点之一。虽已有文献对扭曲椭圆管换热器技术进行了综述,但对扭曲椭圆管强化传热特性的归纳和工程应用研究脉络的梳理存在不足,本工作着眼于扭曲椭圆管内外传热及流阻性能研究、扭曲椭圆管换热器研发和工程应用两方面内容,概括了扭曲椭圆管(束)结构、工质、流动状态对传热性能及流阻特性的影响规律;回顾了扭曲椭圆管换热器工程应用案例,总结了有关扭曲椭圆管研究尚待完善之处,并对扭曲椭圆管强化传热研究的发展趋势进行展望,为深化扭曲椭圆管理论研究和工程实践提供指导和参考。     

非磁性换热管管板处壁厚的涡流检测实践

分析了非磁性换热管管板处壁厚检测的重要性和涡流检测的可行性,提出了改变涡流检测参数和数据修正两种检测方法。结果表明,采用适当的方法,可以减小甚至基本消除管板对换热管壁厚涡流检测的影响。     

单针头静电纺丝电场强度影响因素有限元分析

简述了静电纺丝原理,采用Comsol Multiphysics有限元软件对静电纺丝过程中的电场强度大小与分布进行模拟。通过改变输入电压、喷丝管直径和长度以及喷丝管与接收板的距离等试验参数,对电场强度大小与分布的影响进行了系统的研究。结果显示:电场强度最大值出现在喷丝管出口处,并且随着电压的增大,电场强度峰值增大;而随着喷丝管的直径、长度和接收距离的增大,电场强度的峰值减小。研究结果对深入理解静电纺丝的发生原理具有参考作用。     

扭曲椭圆管换热器技术进展及其应用

介绍了扭曲管换热器的结构特点、强化传热机理,总结了关于扭曲管换热器管程以及壳程流场的分析,同时介绍了相关分析方法和研究成果,同时从换热器设计制造的角度,对目前已有的扭曲管换热器管程、壳程传热计算公式进行了总结和分析,在扭曲椭圆管换热器目前研究状况的基础上,介绍了某厂采用扭曲椭圆管凝汽器的运行效果,结果表明:在一定情况下,扭曲管换热器的冷凝换热效果同样优于传统的折流板换热器,具有很好的推广应用前景。