不锈钢波纹管强化传热机理分析及在换热器中的应用

新型不锈钢波纹管是选用特种不锈钢板材，滚压卷成几种规格圆形薄壁光管，将焊缝错开套装成多层薄壁圆形光管，再经特殊工艺涨波凸起成型的多层波纹管。该波纹管的管内流动呈等直径流束型式和弧形流束型式，使流速和压力周期性的变化，冷热流体产生强烈扰动，实现了复合强化换热。本文在水-水换热条件下，对该波纹管强化换热规律进行了实验研究，分析了新型波纹管的强化传热机理，并给出该管的优化尺寸范围，对新型不锈钢波纹管在换热器中的实际应用提供了理论依据。     

波纹管水—水换热器在集中供热工程中的应用

介绍了一种新型高效热设备－波纹管水－水换热管器的特点及其应用，提出波纹管换热器在供热工程中值得大力推广。     

一种强化太阳能换热的新型涡流发生器换热机理与实验研究

提出一种强化太阳能热风干燥器和集热器气侧换热的新型涡流发生器—斜截半椭圆柱体,并对其进行了实验研究及机理分析。在雷诺数为4000～38000的紊流范围内对矩形风道内分别布置单排一对直角三角翼、矩形翼、梯形翼、斜截半圆柱体、斜截半椭圆柱体等涡流发生器的强化传热效果和压降特性进行了对比实验。实验在稳态的气水逆流换热方式下进行,并固定各涡流发生器的高宽比为1/2,该迎流攻角为60°。结果表明,斜截半椭圆柱体是具有优越的强化气侧换热效果和低压降特性的新型涡流发生器。该对这种新型涡流发生器强化换热的机理作了初步分析。     

套管内涡旋流动特性及传热机理试验研究

本文阐述了在一台涡旋流动传热试验装置上所进行的不同旋流强度的空气介质在环形套管内涡旋流动特性和传热特性的研究、探索涡旋流强化传热的机理及效果。得到该形式涡旋流换热系数和旋流数的关系，并和相同条件下无涡旋流动的换热数据比较，结果表明，涡旋对换热效果的影响很大。该研究结果可为新型的涡旋热交换器提供设计参考依据。     

管壳式换热器换热性能的数值模拟研究

在水的雷诺数Re从1900~25000范围变化的情况下,选择换热效果比较好的Φ25/Φ19波纹管,并对其换热性能进行了数值模拟与实验研究。结果显示波纹管的换热系数是直管的1.1~1.8倍,且随着雷诺数的增加,倍数值逐渐减小;波纹管的压降损失是直管的2~3倍。     

新型强化换热管管外流动与换热特性

针对新型强化换热管的几何特征，采用三维数值模拟方法，分别从速度—压力场协同性、综合评价因子ε、速度—温度场协同角三个方面对扭曲管、波节管、波纹管开展研究。对波纹管的实验测量结果与数值模拟结果最大相对偏差为2.35%。数值模拟结果表明，纹管管外Re从569~7 399变化，总压降从3.78增长到317.30Pa；扭曲管Re从508~7 622变化，总压降从0.84增大到62.50Pa；波节管Re为580~7 550变化，总压降从1.29增长到110.00Pa，波纹管阻力相比波节管最大提高186.7%，相比于扭曲管提高408.4%，Re<4 500时扭曲管Nu数比波纹管最大提高13.30%，比波节管最大提高6.97%，Re>4 500时波节管换热性能逐渐超越扭曲管以及波纹管，在计算范围内Nu比扭曲管最大提高5.17%，比波纹管最大提高5.40%；波节管的周期性波峰对于强化换热和减阻作用显著；波纹管的压降、强化换热表现均弱于波节管和扭曲管。根据计算结果拟合出Nu数与Re、Pr的实验关联式，为管壳式换热器设计提供一定的理论和依据。     

汽轮发电机定子水冷器传热与阻力特性的实验研究

为实现汽轮发电机定子水冷器的优化设计，以折流栅-螺旋槽管为强化换热元件，对水冷器进行了传热和阻力特性模化实验研究。获得了管、壳程流速及折流栅间距对传热和阻力特性的影响规律，并采用壳程单位压降的传热系数K／△P。对水冷器综合性能作了评价，将实验结果与前人研究成果作了比较。     

波纹管流动和传热特性的数值模拟

基于计算流体力学软件Fluent模拟了三维波纹管的流动与传热特性,研究了波纹管结构参数及运行工况变化对阻力特性和传热特性的影响。结果表明:在所模拟的工况范围内,波纹管相比于光管传热特性最多提高1.83倍,1~#波纹管具有最佳的综合换热性能,当Re=5000时,综合换热因子η达到最大值1.33;波纹管波高相对于波纹管间距对强化换热影响较大,当Re15000时宜选用波高较小的波纹管。     

通道内置三维柔性元件强化传热特性的数值模拟研究

基于双向流固耦合方法，对流体通道内安插柔性元件的换热过程建立数值计算模型。分别计算了不同雷诺数下通道内安插刚性元件、传统柔性元件和新型三维柔性元件的速度场与温度场，调整新型柔性薄板的高度与通道高度之比进行多组计算，以验证新型三维柔性元件对换热效果的积极作用，并得到其最佳换热尺寸。结果表明：在换热的充分发展区域，三维柔性元件在扰流与避免后方蓄热等方面的效果优于刚性元件和传统柔性元件；当新型柔性薄板的高度与通道高度之比在13%~15%左右时强化换热效果最好；当Re为1 500时，换热的综合强化传热因子(PEC)可达1.25。     

U型波纹埋管对于增强土壤源热泵换热性能的研究

为了增强土壤源热泵系统地下埋管换热器的换热性能，通过CFD方法，探讨改用波纹管对地下换热所产生的影响，首次提出采用波纹管代替光管作为强化地下埋管换热器换热效率。     

多管型套管式换热器传热与流阻性能试验研究

多管型套管式换热器是在大尺寸外管的内部布置多根内管所构成的换热设备 ,与单根内管的套管式换热器相比 ,流量大幅增加 ,选用螺纹内管和管间折流板可以强化传热。对于多管型套管式换热器的传热性能试验 ,采用修正威尔逊法进行试验计算 ,得出了两种多管型套管式换热器的传热与流动阻力性能试验结果。     

压缩机中间冷却器采用不锈钢波纹管的试验研究

采用新型不锈钢波纹管代替壳管式换热器中的直管，对压缩机中间冷却器进行了改造，并进行了实际运行测试和比较分析。结果表明：波纹管换热器的天然气出口温度能够达到甚至低于压缩机的设计值，换热效率比例管换热器的高61％，压缩机的操作正常平衡，维护工作最大大降低，达到长周期运行的目的。     

管内强化对流换热的热力经济性分析

鉴于管内换热和阻力同步增长的事实，依据Ｗｅｂｂ指标对管内强化对流换热方式下传热和流阻的综合热力性能进行了推导，得到了热力性能指标Ｑ／ＱＳ、Ｐ／ＰＳ和Ｆ／ＦＳ与管内对流换热努氏数Ｎｕ和管内阻力系数λ之间的函数关系式。在此基础上，对螺旋槽管强化管内换热的热力性能进行了分析。     

R134a在水平内微翅管管内凝结换热的实验研究

对制冷剂R134a在水平强化换热管管内的凝结换热性能进行了实验研究。实验管为两种内微翅管,分别命名为A管和B管。实验件采用套管结构,强化内管外表面和外管内表面之间(管间)走乙二醇水溶液。实验过程中管内冷凝温度为51℃,管间乙二醇水溶液的流速为3.35 m/s,乙二醇水溶液的进口温度根据制冷剂的质量流速做相应调整,以保证试件出口制冷剂有一定的过冷度。实验结果表明:两种水平强化管的管内冷凝换热系数均随着制冷剂质量流速的增加而增大,在制冷剂质量流速从300 kg/(m2.s)增加到700kg/(m2.s)时,A管的管内冷凝换热系数比B管高1.87%到6.28%,而B管的制冷剂流动阻力比A管高9.56%到11.05%,A管的结构优于B管。     

分离式热管小螺旋管蒸发段换热特性的实验研究

将小螺旋管应用于分离式热管的蒸发段。通过采用玻璃管和不锈钢管模拟分离式热管的蒸发段，对不同充液率和热流密度下，小螺旋管管内流体的流动与换热特性进行了实验研究。通过可视化实验观察小螺旋管蒸发段管内流型，初步分析热流密度和充液率对流型转换的影响，讨论壁温分布与管内两相流流型的关系。提出螺旋管内的脉冲震荡和二次回流使得管内流体的紊动强化，从而使平均换热系数和临界热流密度得以提高，不会产生壁温飞升，具有较好安全性的结论。     

带纵肋环形烟管流动与传热试验研究

提出了一种新型的油田加热炉强化对流换热的烟管结构－－带纵内肋的环形烟管,并对其进行了流动及对流换热的试验研究,给出了换热的准则方程式。     

螺旋槽管凝结换热器的研究与应用

通过对螺旋槽管凝结换热器的试验研究，得到了螺旋槽管涉及相变时管内对流换热、管外凝结换热准则关联式以及管内流动阻力关联式，并依据试验结果，将螺旋槽管应用于电站凝结换热器，取得了满意的效果。     

A geometric study on shell side heat transfer and flow resistance of a six-start spirally corrugated tube

Heat transfer enhancement is of great importance for energy efficiency improvement. The utilization of spirally corrugated tubes is one of the efficient ways to strengthen heat transfer. In this article, based on a validated numerical model, the effects of geometric parameters of a six-start spirally corrugated tube, including the pitch p and the corrugation depth e, on the shell side heat transfer and flow resistance performance are numerically investigated, in high Reynolds number conditions ranging from 10,000 to 60,000. The shell side secondary flow velocity distribution, longitudinal vortex distribution, and temperature distribution of a six-start spirally corrugated tube are presented, respectively. In addition, the heat transfer and flow resistance characteristics are evaluated by comparing the Nusselt number and the flow resistance coefficient with these of smooth tubes. Results show that the utilization of six-start spirally corrugated tubes can enhance the heat transfer performance at the expense of an increase of the flow resistance. However, with the same geometric parameters, the Nusselt number increases and the flow resistance coefficient decreases as Reynolds number increases. With the pitch increasing, the Nusselt number and the flow resistance coefficient decrease at a fixed Reynolds number. In contrast, as the corrugation depth increasing, the Nusselt number changes irregularly, and the flow resistance coefficient increases. Finally, correlations for the shell side Nusselt number and flow resistance coefficient of the six-start spirally corrugated tube are established. This work is of significance for engineers and scientists focusing on the heat transfer and the flow resistance characteristics of spirally corrugated tubes and their applications.     

圆柱形内肋强化换热数值模拟与火积耗散分析

对内肋管内部流体的湍流换热过程进行了数值模拟,讨论了肋高和肋的轴向夹角对换热的影响。相比于普通圆管,内肋圆管内的传热性能明显得到提高。无量纲肋高度和角度分别为0.8°和40°时传热效果最佳,而在0.1°和40°时换热与阻力的比值(Performance Evaluation Criteria,PEC)最大,综合换热性能最佳,可用于强化地源热泵地埋管换热。此外,本研究从火积耗散与传热效率的角度分析了内肋强化传热机理,得到管壁冷却管内流体的火积传递效率计算式,为内肋管强化换热的深入分析提供了依据。     

管内复合强化传热技术及机理分析

文中对管内强化传热及复合强化传热技术进行了在紊流流动下的阻力和传热特性分析，并给出了几种复合强化传热技术的试验研究结果。提出了螺旋槽带中插入旋向相反的部分管长扭带是行之有效，效果明显的复合强化传热技术。