平直翅型油冷却器传热与流阻性能的实验研究

管壳式换热器以其对压力、温度、介质的适应性、耐用性及经济性,在润滑油冷却系统中广泛使用。增加管壳式换热器油侧的换热系数和换热面积是提高油冷却器性能关键因素。为了提高油冷却器的传热性能,本文采取在管外加平直翅片(以下简称PS)方式来增加油侧的换热面积。对不同PS系列的油冷却器总换热量Q、壳侧油压降ΔP_o、总传热系数K_n、综合性能K_n/ΔP_o和Q_s/ΔP_o随油流量的变化进行了实验研究,采用多元线形回归方法得出油侧传热Nu_o和摩阻系数f_o的实验关联式,其结果为设计和选择该类型的油冷却器提供了理论指导和实验支持。     

空气冷却器空气侧百叶窗翅片强化传热性能研究

对跨临界CO2空调系统中空气冷却器空气侧的百叶窗翅片建立流固耦合的三维模型并进行数值模拟,结果表明传热和阻力特性与实验关联式吻合较好;开发新型弧形百叶窗翅片,并对不同窗翅角度和弧度的弧形百叶窗翅片进行数值分析,发现新型弧形百叶窗翅片的换热特性与压降特性较一般的百叶窗翅片都有增加,平均表面传热系数增加幅度高达9．47％,平均压降增加最大幅度为3．2％,可见新型弧形百叶窗翅片传热元件具有良好的综合传热性能。     

波纹和百叶窗型表冷器空气侧换热性能的实验研究及分析方法

本文对方形组合式空调机组翅片管换热器空气侧的换热性能进行了实验研究和计算模型分析。将分布参数法（TTM）和创新的分排参数法(RDDM)拓展到方形组合式空调机组制热工况的实验数据处理中,分析翅片管换热器空气侧的换热性能,并与传统的ε-NTU法、集中参数法（LMTD）对比,4种方法计算的j因子和传热系数h偏差均在10%的范围内;基于分排参数模型,研究不同翅片形状、不同翅片间距、不同管径和不同翅片管排数下,传热因子j的变化情况。结果表明：j随Re增加逐渐减小,Re从3 000增至6 020,j下降了25.6%。相同Re下,开窗翅片比波纹翅片的j大,并随着Re的增加两者之间的最大偏差从26.3%缩小为8.3%。j随翅片间距和管径的增大而增大,随着管排数增加而降低,8排管时j急剧降低至约0.008。     

水-空气翅片管换热器实验研究与数值模拟

通过对翅片管式换热器的设计和实验研究，得出了该换热器的性能曲线，此外还对换热器内部流场和温度场进行了三维数值模拟计算。从实验和模拟结果分析可知，实验所得传热因子j较模拟结果有12％范围内的减小，而阻力因子，有4％～16％的增大；翅片间距和管排密集度对翅片管换热器性能影响很大，减小翅片间距和增大管排密集度均能增强换热器的换热效果，但压力损失也明显增加。     

基于三叶扭曲膨胀管技术的油冷器实验分析

传统管壳式油冷却器的传热效率较低,且存在壳程流动死区及易结垢等缺点。本文采用新型三叶形扭曲膨胀管技术提高传统油冷器的传热。通过实验测试平台测试得到的三叶形扭曲膨胀管油冷器传热及压降数据,与光滑圆管油冷器、传统翅片管油冷器和花瓣状翅片管油冷器进行对比分析。研究结果表明,采用三叶形扭曲膨胀管技术能明显提高油冷器传热系数,但比外翅片管油冷器压降更高,在较低雷诺数下,三叶形扭曲膨胀管油冷器综合性能比翅片管油冷器差,而随雷诺数增加,其综合性能逐渐优于外翅片管油冷器,具有很好的推广应用前景。     

间接空气冷凝扩展表面换热器结构优化

铝翅片管由于成本低、易于成型在间接空冷冷凝器上有广泛应用,其传热系数和阻力与空气速度之间的关系对铝翅片管换热器设计和运行很重要。应用计算流体力学（CFD）方法,对三种结构铝翅片换热器的换热及阻力性能进行了数值模拟,计算结果表明,对于相同的管径,单桥与双桥结构的传热系数基本相同,而双桥的阻力有所增大;对于单桥或双桥结构来说,大管结构的传热系数增大,同时阻力增大较多;当翅片减薄时,传热系数基本不变,而阻力有明显的减小。研究结果对提高空冷凝汽器乃至空冷电厂的运行经济性都具有重要的参考价值。     

家用空调器中平行流冷凝器翅片参数对空气侧传热流动性能的影响

为了推广平行流冷凝器在家用空调器中的应用,根据经验传热及压降关联式,采用数值模拟的方法,研究家用空调器中平行流冷凝器翅片参数对其空气侧传热流动性能的影响规律.结果表明:适当减小平行流冷凝器的翅片高度和翅片间距,可提高其换热系数、增加压降,保证其换热性能变化较小.     

空气侧结构对多元微通道平行流冷凝器传热流动性能的影响

建立了多元微通道平行流冷凝器的稳态分布参数模型,与实验对比验证了模型的正确性。利用所建立的模型,研究了翅片高度、翅片间距、百叶窗开窗间距、百叶窗开窗角度变化对多元微通道平行流冷凝器传热和流动性能的影响。结果表明,随着翅片高度的增大,换热量逐渐增大,空气侧压降逐渐减小;随着翅片间距或者百叶窗开窗间距的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐减小;随着百叶窗开窗角度的增大,换热量和空气侧压降都是逐渐增大。     

套管双壳程对螺旋折流板换热器传热和阻力特性的影响

利用数值模拟法,通过改变套管双壳程内壳直径探究螺旋折流板换热器传热和阻力特性,获得其(壳侧外直径为250 mm系列的换热器)局部压力、温度及流场分布,同时分析不同内壳程管径对螺旋折流板换热器性能的影响。结果表明:合理的管径设置可以让换热器壳侧总压降最大降低比率达53.2%～55.4%,壳侧传热系数最大提升至4.32%～10.7%,内壳直径为108 mm时换热器的综合性能最好;内壳直径低于某一值(约95 mm)时,壳侧压降增长剧烈,而高于该值时,随着管径的增大,压降波动相对平缓,管径过大或过小均会弱化换热能力;套管双壳程结构虽然能有效改善螺旋折流板换热器性能,但是其管径的设置会舍弃掉部分换热管束,换热管束数量牺牲过多时,限制了换热能力的上限,即最优的管径布置也弥补不了它的换热缺陷。     

换热器壳程结构的实验研究及节能分析

为对管壳式换热器不同壳程结构进行实验研究,设计建造了普通单弓形折流板圆管换热器和无折流板的椭圆扭曲管换热器实验台。通过测试换热器管壳两侧的传热系数、压降和换热量等参数,对比分析了两种不同壳程结构的换热器在相同尺寸下、相同工况的传热性能。实验结果表明椭圆扭曲管管侧的表面传热系数比普通圆管和折流板换热器均有大幅度提高,随雷诺数的增大,管内表面传热系数约为普通圆管的1.27～1.43倍,管外壳程表面传热系数约为普通圆管的1.36～1.76倍,能够有效提高换热效率。另外与传统的单弓形折流板换热器相比,壳程压降显著减小,约为折流板换热器的30～35%。椭圆扭曲管换热器既强化了管内传热,又减小了壳程压降,是一种非常有效的提高换热效率的手段。综合比较管壳侧的传热效率,发现在低雷诺数工况椭圆扭曲管换热器的节能效果更好。     

空冷凝汽器蛇形翅片扁平管空气侧流动与换热特性研究

针对应用于电站直接空冷凝汽器的蛇形翅片扁平单排管,对其空气侧的流动及换热特性进行了数值模拟。给出了该管件基本结构的雷诺数和欧拉数随迎面风速的变化关联式;结果显示,同一迎面风速下,随着翅片间距、高度的增大,换热变差,流动变好。但当间距增加到一定程度时,风速与间距对换热流动性能的影响都变得很小。风速越大,换热性能对翅片间距、高度越敏感,而流动则相反,需根据实际工况来选择合适的翅片间距及高度。     

十二排圆形翅片管换热器的传热与流动特性研究

采用数值计算方法研究12排大管圆形翅片表面空气侧流体的流动特性,获得不同雷诺数下圆形翅片的速度分布云图、温度分布云图和流线分布图,并将模拟的结果与实验和实验关联式分别进行验证。研究结果表明：翅片间距为9.6mm第一排管壁侧和翅片表面的传热系数分别是翅片间距为2.4mm的1.67和0.97倍;前面六排翅片表面和管壁表面的传热系数具有很强的波动,而在第六排后翅片表面和管壁表面的传热系数趋向于稳定。     

翅片管换热器在析湿工况下的积灰特性及对空气侧压降的影响

空调器室内机多数采用翅片管换热器,会因制冷运行过程中表面析湿而粘附灰尘,导致空气流动阻力增大。本文选用空调器中常用的平直翅片、波纹翅片和开窗翅片作为测试样件,翅片间距范围为1.5～2.2 mm,研究了翅片管换热器在析湿工况下的积灰特性及积灰对空气侧压降的影响。结果表明:翅片表面的析湿量决定积灰程度,析湿液滴分布越密集、液桥数量越多,翅片迎风面的堵塞程度越严重且空气侧压降越大。在相同析湿工况下,具有复杂结构的开窗翅片和小翅片间距更容易积灰并增大空气侧压降,因此降低翅片结构复杂程度并适当增大翅片间距有利于空调器的防尘。在积灰过程中,随着换热器表面粉尘沉积量增加,空气侧压降先增大后保持稳定。     

基于表面及迎风面改性的锯齿翅片强化传热研究

为了在提高锯齿型翅片散热器换热性能的同时尽量控制压降损失的增大，本文采用数值模拟的方法对锯齿型翅片性能进行研究，分析了不同翅片表面、迎风面结构及尺寸参数对传热Nu、流动压降损失Δp以及综合性能η的影响规律。结果表明：无论翅片表面设置何种形状凹槽和凸起对传热的影响差异较小，但圆形凹槽和凸起对压降损失的增加最少，综合性能最优。在翅片表面设置圆形凹槽和凸起的基础上继续将翅片两端迎风面改为圆形，可使传热提高的同时减小压降损失，综合性能最多提高12.2%。圆形凹槽和凸起尺寸R=0.15 mm时，传热和压降损失的平衡达到最佳，与传统锯齿型翅片相比，平均压降损失基本不变，传热和综合性能平均提高均为8.7%。     

翅片结构对翅片管换热器积灰与压降影响的实验研究

积灰对具有不同翅片结构的翅片管换热器均会造成长效性能的衰减。本文搭建了换热器积灰可视化实验台,研究了翅片结构对积灰量及积灰后空气侧压降的影响。测试样件的翅片类型包括平直翅片、波纹翅片和开窗翅片;翅片间距范围为1.3~1.8 mm。实验结果表明:开窗翅片管换热器表面最容易沉积粉尘并增大积灰后压降,与平直翅片相比,波纹翅片和开窗翅片表面粉尘沉积量分别提高了25.6%和52.8%、积灰后压降增量分别提高了44.4%和165.6%;对于开窗翅片,小翅片间距有利于积灰并增大积灰后压降,与翅片间距1.8 mm的样件相比,翅片间距1.5 mm和1.3 mm的样件表面粉尘沉积量分别提高了26.2%和43.2%、积灰后压降增量分别提高了24.1%和49.4%;在积灰过程中,随着粉尘沉积量的增加,翅片管换热器空气侧压降先增大后保持稳定。     

气体压缩机中冷器的节能节材实验研究

中冷器的主要功能是排除气体被压缩过程产生的热量,是提高压缩机效率的重要设备。从传热阻力看,壳程空气的热阻占总热组的80%以上,壳程气体阻力大,风机或压缩机能耗较大。要提高中冷器的传热性能,关键是强化壳程空气的对流传热和减小壳程空气的流动阻力。着重介绍气冷侧强化传热技术产生的节能效益,建立扭曲管中冷器和传统弓形折流板中冷器并行对比实验测试平台,通过改变壳程空气质量流量、管内循环水温度和流量等参数以测试其热力性能和压降损失,实验结果表明,扭曲管中冷器的壳程气体压降小,综合传热性能明显优于传统弓形折流板中冷器35%-87%,低Re数条件下尤为显著。对压缩机冷却系统的优化设计有一定的指导作用。     

整体翅片式微通道换热器的数值模拟

采用CFD数值模拟的方法,对整体翅片式微通道换热器空气侧的流动与传热特性进行研究,用场协同的原理分析翅片参数(长度、高度、间距)对换热器性能的影响,并与传统微通道换热器空气侧性能进行对比。结果表明:在考查的翅片尺寸范围内,随着翅片长度的缩短、高度的增加、间距的减小,温度场和速度场的协同性随之改善,有利于换热效果的提高;与传统的微通道换热器相比,整体翅片式微通道换热器空气侧换热性能变差,但是阻力大大降低,总体性能有所改善。     

锯齿与打孔翅片表面性能数值模拟

以两种翅片表面(锯齿翅片、打孔翅片)为研究对象,采用 FLUENT 软件模拟和分析不同结构参数和数对翅片表面传热与流动阻力的影响,得出不同结构参数和操作参数下两种翅片的表面性能曲线;分别分析了锯齿翅片的翅片高度、翅片间距、翅片厚度和切开长度以及打孔翅片开孔率对翅片表面流动与传热性能影响;分析比较了两种翅片的性能.     

小管径椭圆管开缝翅片换热器的数值模拟

对小管径椭圆管开缝翅片换热器空气侧的流动与传热特性进行数值模拟,对影响其换热性能的2个主要参数椭圆管偏心率和开缝翅片开缝错列高度分布进行优化,与传统管翅式换热器换热性能进行比较。模拟结果表明:当椭圆管两轴之比Rx:Ry=2:3(偏心率),开缝高度分布为0.8 mm,0.6 mm和0.4 mm时,换热效果最好。与传统管翅式换热器相比,小管径椭圆管开缝翅片换热器换热系数提高10%~20%,而压降几乎相等,总体换热性能提高。     

水平内螺纹管内R410A流动凝结换热的实验研究

本文实验研究了R410A在水平内螺纹管内的流动凝结换热特性,分析了水力工况、测试管结构参数对管内制冷剂侧表面传热系数、压降的影响。结果表明:表面传热系数、压降均随着质量流速的增加、冷凝温度的降低而增大;虽然表面传热系数随着测试水Re的增加而减小,但测试水Re对压降的影响很小。利用单位压降表面传热系数对换热进行综合性能评价时发现,单位压降表面传热系数随着质量流速的增加而减小,随着冷凝温度的增大而增大。将实验数据与经典关联式的预测值进行对比,对于光滑管,除了Akers et al.关联式低估了实验数据,Shah关联式与Thome et al.关联式均高估了实验数据,并且Thome et al.关联式表现出最高的预测精度。而对于内螺纹强化管,Cavallini et al.关联式展现出最高的预测精度,而Koyama et al.关联式与Miyara et al.关联式均低估了实验数据。