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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

帘式折流片换热器壳程流体流动死区

对帘式折流片换热器壳程流体流动死区大小及分布规律进行了数值模拟和实验研究。研究表明,帘式折流片换热器壳程流体流动死区大小随着Re的增加而降低;流动死区的大小和分布规律受折流栅装配方式的影响,折流栅同向装配时壳程死区小于折流栅对称装配,当壳程Re分别为5000、10000和15000时,折流栅同向装配时的帘式折流片换热器壳程死区分别为折流栅对称装配时的50.5%、51.6%、43.0%。     

帘式折流片换热器壳程流体流动死区

对帘式折流片换热器壳程流体流动死区大小及分布规律进行了数值模拟和实验研究。研究表明,帘式折流片换热器壳程流体流动死区大小随着Re的增加而降低;流动死区的大小和分布规律受折流栅装配方式的影响,折流栅同向装配时壳程死区小于折流栅对称装配,当壳程Re分别为5000、10000和15000时,折流栅同向装配时的帘式折流片换热器壳程死区分别为折流栅对称装配时的50.5%、51.6%、43.0%。     

螺旋叶片折流板高效换热器性能研究

对比换热器壳程的传热和压降性能进行了5组参数下螺旋叶片折流板换热器传热性能试验,对其中一组螺旋角16°、折流板间距200螺旋叶片折流板换热器试验数据进行回归计算,获得其壳程传热系数和压力降的经验计算公式。     

螺旋折流板管壳式换热器壳程传热性能及压降的研究

对螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和壳程的阻力的对比,同时通过实验方法对30°、40°螺旋角的螺旋折流板换热器进行了壳程传热性能和壳程阻力的研究,得出螺旋折流板换热器的螺旋流动强化了传热,螺旋折流板换热器的壳程阻力比弓形折流板换热器的小。     

阻流板对1/4螺旋折流板换热器综合性能的影响

建立存在三角区和阻流板堵住三角区2种1/4螺旋折流板换热器模型;采用大型CFD分析软件FLUENT借助数值模拟的方法,研究阻流板对换热器壳侧流动与传热性能的影响;并对阻流板结构进行了优化分析。结果表明:增加阻流板能够有效地提高换热器的壳程传热性能,但壳程压降也随之增加。小螺旋角时,增加阻流板使换热器的综合性能降低;当螺旋角增大到一定程度,阻流板增加后换热器综合性增加;阻流板完全堵住三角区时,换热器壳程传热系数最大,同时壳程压力损失也最高。螺旋角为15°,阻流板长度为5r/8时,较无阻流板时换热器综合性能基本相同,壳程传热系数增加7.5%—8.5%。计算结果为改进螺旋折流板换热器折流板结构、优化折流板间三角区、强化换热器传热等方面提供了理论依据。     

热源位置对轴向槽道热管传热的影响

探讨了轴向槽道热管垂直安装时热源位置的不同对热管工作特性的影响。当热源位于热管管内工质静止液面以下时，重力的作用提高了垂直安装热管的传热极限。热源相对于热管管内工质静止液面的位置不同时，热管的工作温度、启动过程以及传热极限都表现出不同的特性。当热源位于热管管内工质静止液面附近时，热管存在一个非正常启动过程，在该过程中热管的工作温度会发生瞬态的升高，然后逐渐恢复到正常的工作状态，该瞬态最高温度受热源位置、热管充液量、热管加热速率等因素的影响。当热源的位置高于热管管内工质静止液面一定距离后，热管将无法正常工作。     

热管式固相粉末换热系统传热分析

介绍了一种新型分离热管式固相粉末换热系统的工作原理,并对其传热情况进行了分析.这种新型的分离热管式固相粉末换热系统已得到实际应用,用来加热高炉喷煤用的空气和煤粉的混合物,运行效果良好,增加了高炉的喷煤量,减少了焦炭用量.利用分离式热管作为以固相粉末为换热介质时的传热元件是完全可行的.     

Local heat transfer and heat flux distributions in finned tube heat exchangers

A detailed analysis of the effect of local heat transfer distributions, which were determined experimentally, on temperature distributions in the fins and in the fluid between two adjacent fins of finned tube heat exchangers is presented. The heat transfer distributions, obtained by a mass transfer technique, prove to be very inhomogeneous over the fin surface, leading to variable results for fin efficiency calculated by the conventional method. In addition, the effect of temperature variation in the fluid, which is usually neglected in fin analysis, is shown in many cases to exert a very strong influence on fin efficiency and total heat flux. For the optimization of fin designs, a combined analysis of local heat transfer, conduction resistance in the fin and temperature variation in the passage is indispensable.     

用于低温余热回收系统热管换热器传热性能的数值模拟

采用CFX软件Fluent模拟了用于低温余热回收的重力热管内的相变情况及充液率、热管长度比、管中心距对热管换热器传热性能的影响。模拟结果显示,水量一定时,加热段与冷凝段长度相同的热管在不同充液率条件下的传热特性,高充液率的传热能力优于低充液率的传热能力,适宜的充液率为60%~70%。当充液率一定时,加热段的长度小于冷凝段的长度有利于热管传热。当充液率及管长一定时,热管换热器的传热系数随管中心距的增大而减小。将热管换热器数值模拟的总传热系数与理论计算的结果进行对比,实现了特定体系热管换热器的结构优化。     

逆流式微通道换热器设计与操作特性分析

采用一维对流-导热耦合模型对逆流式微通道换热器传热特性进行分析和模拟,考察了结构参数、操作条件和材质热导率对微换热器整体效率的影响.计算结果表明,由于器壁径向和轴向传热的相互影响, 与常规尺度换热器相比,微通道换热器的设计和操作特性有许多明显不同的特征.微通道换热器存在最佳操作流量值,该值可作为标准负荷流量,微换热器不宜在亚负荷状态下操作;操作流量越大,微通道换热器最大换热效率越低;微换热器结构采用大深宽比通道和适当的间壁厚度为佳.     

脉动热管相变蓄热器蓄热实验分析

为了研究脉动热管对相变蓄热装置传热能力的优化,设计并搭建了脉动热管相变蓄热装置试验台,实验验证相变潜热蓄热量远大于显热蓄热量;在相同工况下改变加热流体流量,流量增大对传热优化有一定作用,但流量不宜过大;调整热源温度,温度越高,相变蓄热过程所需要的时间就越少;与常规铜管进行蓄热实验对比,脉动热管相变蓄热装置在蓄热过程中节省了47%的蓄热时间,同时优化了相变蓄热装置的传热均匀性。实验证明利用脉动热管技术对相变蓄热系统进行传热优化是可行的。     

二次热回收热管式空调系统

提出一种二次热回收热管式空调系统,其利用热管换热器做到二次热回收,设计该系统并搭建实验台,通过理论计算和实验比较该系统与其他系统之间的差异。以合肥为例,从理论上分析了二次热回收热管式空调系统的冬、夏季能耗,通过对实验数据的分析得出本系统冬季新风风速在1.20～1.85 m·s^-1之间热回收率能达到10%～23.2%;夏季新风风速在1.20～2.0 m·s^-1,室内外温差在4.2～8.0℃时热回收率能达到35%～55%,并提供了0～7.4℃的再热温差,表明了这种新的中央空调系统具有独特节能优势。     

Advanced absorber heat integration via heat exchange packings

A rate-based model of an absorption column was developed and used to analyze several intercooling strategies utilizing “heat exchange packings.” These packings are capable of removing heat from the column and transferring it to a cooling fluid within the packing. For absorption of CO₂ into aqueous monoethanolamine under industrial conditions, intercooling via heat exchange packings placed along 10–20% of the column could reduce the column height by ∼15%. The height of these columns was close to the minimum theoretical value, calculated by numerically optimizing the temperature profile. Effective intercooling could also be achieved by using the cool, rich solvent as the cooling fluid. This reduces the cooling load and facilitates recovery of waste heat. Heat exchange packings could also be used to redistribute heat within the column, reducing the column height with no net cooling load. However, this approach requires larger heat transfer coefficients than have been experimentally observed.     

计算传热学在工程换热设备传热研究中的应用

介绍了国内外有关数值传热学 (NHT)在实际工程研究应用中的进展 ,对数值模拟在工程传热技术应用的现状和前景进行了分析 ,作为研究、设计和技术开发的手段和方法 ,数值传热学以及与其相关的并行计算技术、数值模拟仿真技术、流场测试技术以及可视化技术等在工程应用和强化传热研究方面 ,将是研究的重点和发展方向     

Specimen heat fluxes for bench-scale heat release rate testing

When a specimen is testd for its heat release rate (HRR) behaviour using a bench-scale such as ISO 5660 or equivalent, one very important test condition is not pre-standaridized and must be set: the heat flux to be imposed on the specimen by the heater. The heat flux cannot be ligitimately standardized, since the value appropriately to be used will differ according to purpose or application. The present paper sets forth the considerations which should govern the correct choice of heat flux. A discussion is given of minimum ignitiability level; statistical variability at low heat fluxes; the ranges of heat fluxes associated with small actual ignition sources; the heat fluxes associated with fires away from the ignition sources, all the way up to fully-involved room fires; the application of the product; and the needs associated with mathematical modeling of room fires. Correlational approaches are also illustrated and contrasted to physics-based ones. Finally, the empirical nature of the present situation is emphasized. Judged from first principles, it would appear that successful prediction of room fire results from bench-scale test data would require both the testing at a large number of different heat fluxes and the use of algorithms to permit time-dependent interpolation. Such algorithms have been proposed; however, some very successful predictions are noted with much simpler techniques.