气流横向冲刷圆壳管束换热的数值模拟

采用标准k-ε模型、SIMPLEC算法,研究了均匀速度进气和有扩张角进气横向冲刷管束的换热情况。比较了在充分发展流时均匀进气和不同扩张角进气横向冲刷管束的换热性能,分析了进口扩张角对换热的影响,进口扩张角影响了气流的分布,导致换热效果的不同。     

基于椭圆管束菱形受热面的流动与传热性能分析

圆形管束菱形受热面在流动与传热方面表现出传热能力强、流动阻力大、吹灰方便等特点。以此为基础,提出了一种基于椭圆管束的菱形受热面。椭圆管束菱形受热面保持了圆形管束菱形受热面传热能力强和吹灰方便的特点,同时显著降低了烟气侧流动阻力。采用数值模拟方法,分析了叉排椭圆管束不同迎风角下的流动传热特性,与叉排圆形管束进行了对比,给出了各特征参数随Reynolds数的变化规律。模拟结果表明,迎风角为0°的叉排椭圆管束菱形受热面较圆形管束传热效果好,流动阻力小,综合性能高。     

基于椭圆管束菱形受热面的流动与传热性能分析

圆形管束菱形受热面在流动与传热方面表现出传热能力强、流动阻力大、吹灰方便等特点。以此为基础,提出了一种基于椭圆管束的菱形受热面。椭圆管束菱形受热面保持了圆形管束菱形受热面传热能力强和吹灰方便的特点,同时显著降低了烟气侧流动阻力。采用数值模拟方法,分析了叉排椭圆管束不同迎风角下的流动传热特性,与叉排圆形管束进行了对比,给出了各特征参数随Reynolds数的变化规律。模拟结果表明,迎风角为0°的叉排椭圆管束菱形受热面较圆形管束传热效果好,流动阻力小,综合性能高。     

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。     

搭接方式对螺旋折流板换热器壳程性能的影响

对螺旋折流板换热器进行了数值模拟,研究了相同螺距下搭接方式对壳程流动与传热性能的影响。结果表明,壳程传热系数与压降均随搭接量的增大而减小,且后者降低的幅度大于前者;连续搭接时三角区漏流增大了中心区域横向和纵向冲刷管束的速度,但整体分布不均匀,折流板背风侧流动较差;随搭接量的增大,边缘三角区增强了靠近壳体壁面区域的流动,改善了壳程的流场状况;折流板交错搭接时中心区域换热管热通量较连续搭接大幅降低,传热沿径向分布的不均匀性大大减轻。     

多孔板支撑的管壳式换热器在硫酸生产中的应用

综合考虑强化传热性能和制作安装的便利性,开发了多孔板支撑光滑管（或缩放管）的气体换热器,用于硫酸装置转化系统。该换热器人需将管子能布置得下的较小壳体,并在圆形支撑板上于每根管子周围区域钻一些小孔,气流进入换热器壳程后以顺流方式沿管外壁均匀流动,靠气流通过小孔时的收缩与扩张产生一定的湍流,强化传热。实际运行压降降低,传热效果较好。     

花瓣状翅片管气体换热器（一）

以空气为介质横向冲刷花瓣状翅片管（包括单管与管束）进行强化热与流阻性能实验研究 。并对其传热强化机理进行分析,结果表明,花瓣状翅片管的非连续周向翅片具有极好的传热强化效果,在实验范围内,本文提出了横向冲刷花瓣状翅片管传热性能的计算方法与理论分析模型,其计算结果与实验值符合良好。     

花瓣状翅片管气体换热器(一)——横向冲刷花瓣状翅片管的强化传热机理研究

以空气为介质横向冲刷花瓣状翅片管（包括单管与管束）进行强化传热与流阻性能实验研究,并对其传热强化机理进行分析,结果表明,花瓣状翅片管的非连续周向翅片具有极好的传热强化效果,在实验范围内（Ｒｅ＝１０３～２×１０４）,本文提出了横向冲刷花瓣状翅片管传热性能的计算方法与理论分析模型,其计算结果与实验值符合良好。     

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。     

空气横掠沉没于多孔泡沫金属中错列管束的对流传热

对空气横掠沉没于多孔泡沫金属中正三角错列传热管束的对流传热进行了试验研究。结果显示,多孔泡沫金属使得流体的流动阻力明显增加,但阻力增加的倍数随Reynolds数的增大而减小;多孔泡沫金属对对流传热具有明显的强化作用,强化效果随Re的增大而减小。与横掠错列光管束相比,本试验范围内,流动阻力增加的最大倍数为12.727,最小倍数为10.109;对流传热的最大强化倍数为2.78,最小强化倍数为2.08。总结出了适合于试验范围的对流传热的气流量纲1阻力系数的表达式和传热计算关联式。综合强化对流传热及增加流动压降两方面可知,多孔泡沫金属较适合于流体较小流速的场合。     

螺旋槽管管壳式换热器的传热与流阻研究

以螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了管壳式换热器壳程以气体纵向冲刷为特点的传热与流阻性能,并在相同的实验条件下,与弓形隔板管壳式换热器的传热性能加以比较,结果表明,螺旋槽管管壳式换热器可比普通弓形隔板管壳式换热器提高总传热系数48％,节省传热面积32.4％。     

连续螺旋折流板换热器流动与传热性能及熵产分析

采用数值模拟的方法,研究了螺旋角对连续螺旋折流板换热器流动与传热性能的影响,并以熵产数为指标对换热器性能进行了基于热力学第二定律的分析评价。结果表明,相同质量流量时壳程传热系数和压降均随螺旋角的增大而降低,且后者降低的幅度大于前者。连续螺旋折流板换热器壳程横截面上切向速度分布较弓形折流板换热器更加均匀。在靠近中心假管的内层区域,同一径向位置的轴向速度随螺旋角的增大而降低,而在靠近壳体壁面的外层区域则相反。螺旋角越大,不同径向位置的换热管间的换热量分布均匀性越好。壳程质量流量相等时,换热器中传热引起的熵产占总熵产的比重随着螺旋角的增大而增加,熵产数随着螺旋角的增大而降低。     

Numerical investigations of circular tube fitted with helical screw-tape inserts from the viewpoint of field synergy principle

3-D numerical simulations are performed for heat transfer and fluid flow characteristics of the tubes fitted with helical screw-tape inserts. The comparison between the RNG k-epsilon turbulence model and the SST k-omega turbulence model in prediction of swirling flow shows that the latter has better qualitative and quantitative agreements with the experimental results than the former. The simulation results show that the novel helical inserts with right and left twists alternately have better heat transfer performance than that of the helical inserts with uniformly right twists. The simulation results are analyzed from the viewpoint of field synergy principle, it is found that the principle could explain well the mechanism of heat transfer enhancement of the helical twist inserts. The smaller the mean intersection angle between the temperature gradient and velocity vector, the larger the Nusselt number; in addition, the smaller local intersection angle also implies the higher local heat transfer coefficient.     

管内周期性自旋流强化传热的结构优化

在圆管内间隔插入多个旋流片的流道中,流体流动呈现周期性自旋流.用数值模拟方法对空气湍流情况的传热和流阻性能受相邻旋流片间距L_p、旋流角β和旋转角α3个因素的影响进行了分析,并得出旋流片的优化结构,而且实验验证了数值模拟预测的正确性.结果表明：α越大,传热性能越好,阻力越大;L_p越小,传热性能越好,阻力越大;β越大,传热性能越好,而阻力损失因受到摩擦阻力和形体阻力的综合影响而呈现非单调变化.旋流片的最佳结构参数为：旋流角β为20.3°,旋转角α为180°,相邻旋流片间距L_p为33d.与α相比,β对传热和流阻性能的影响更显著.     

螺旋隔板花瓣管油冷却器的传热强化

通过实验研究 ,比较了螺旋隔板花瓣管油冷却器和螺旋隔板低肋管油冷却器的传热和压降性能 .实验结果表明 ,螺旋隔板花瓣管油冷却器与螺旋隔板低肋管油冷却器相比 ,总传热系数提高 10 %以上 ,而压降却降低 46 %左右     

新型板壳式换热器壳程流动与换热的数值模拟

提出一种新型的板壳式换热器,建立2种不同板束截面形式的换热器模型,利用FLUENT软件对壳程流体的流动和换热进行数值模拟,从多个方面对板壳式换热器壳程湍流流动与强化传热进行了探讨。模拟结果表明,由于换热板片特殊的蜂窝结构,靠近板片壁面的流体产生了明显的周期性波浪式流动,这种流动加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动,起到了壳程强化传热的效果。对于2种不同截面形式的换热器,圆形截面形式的换热器壳程空间利用率较高,流体流动充分,热交换效果更好,在同流量下,其壳程对流换热系数比方形截面形式的高35%—40%,压降高17%—19%,单位压降下的壳程对流换热系数高15%—19%。该数值模拟结果对板壳式换热器的研究具有一定的理论意义和工程实用价值。     

Experimental performance comparison of shell-side heat transfer for shell-and-tube heat exchangers with middle-overlapped helical baffles and segmental baffles

Presented in this paper are experimental test and comparison for several shell-and-tube heat exchangers, one with segmental baffles and four with helical baffles at helix angles of 20^°, 30^°, 40^° and 50^°, respectively. The results show that, based on the same shell-side flow rate, the heat transfer coefficient of the heat exchanger with helical baffles is lower than that of the heat exchanger with segmental baffles while the shell-side pressured drop of the former is even much lower than that of the later. Further enhancement techniques should be incorporated in order to enhance shell-side heat transfer based on the same flow rate. The comparison of heat transfer coefficient per unit pressure-drop (and pumping power) versus shell-side volume flow rate shows that (1) the heat exchanger with helical baffles have significant performance advantage over the heat exchanger with segmental baffles; (2) for the same shell inner diameter, the performance of heat exchanger with helical baffles with 30° helix angle is better than that of 20°, and the performance of 40° helix angle is better than that of 50° helix angle. The heat exchanger with helical baffles of 40° angle shows the best performance among the five heat exchangers tested.     

椭圆管连续螺旋折流板换热器壳侧性能评价及三场协同分析

提出了一种新型的椭圆管连续螺旋折流板换热器。利用ANSYS CFX软件对壳侧流动与传热进行了数值模拟,并采用性能评价图及三场协同原理分析其壳侧性能。结果表明:在研究范围内,以椭圆管替代传统圆管管束后,在维持传热面积基本不变的前提下,壳侧压降降低72%～80%,综合换热性能提高32%～40%。应用性能评价图分析发现椭圆管在强化换热的同时也大大减小了压降。这是由于在相同的速度场与温度场协同前提下,椭圆管使速度场与压力场更好地协同,实现高效低阻强化传热的目的。     

螺旋折流板冷凝器壳程传热性能的实验研究

对螺旋角为25、30、40°的螺旋折流板冷凝器壳程传热性能和压降性能进行实验测试,40°螺旋角的螺旋折流板冷凝器的综合传热性能要优于25、30°螺旋折流板冷凝器的,40°有泄流槽螺旋折流板冷凝器的传热综合性能又优于不开槽螺旋折流板冷凝器的。     

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。