水平异型管降膜蒸发器管外液膜流动数值模拟

通过Fluent 6. 3软件,模拟计算了5种换热管管型(圆管、扁管、椭圆管、滴形管和蛋形管)的降膜蒸发器的12排换热管管束管外成膜排数及液膜厚度。找到5种换热管管型中成膜效果最好的为蛋形管,针对蛋形管管束模拟了在蛋形管的管间距d=6. 4 mm条件下,制冷剂入口流速v在0. 10～0. 20 m/s范围内时,蛋形管管外成膜排数及液膜厚度,以及在制冷剂入口流速v=0. 15 m/s条件下,蛋形管的管间距d在6. 4～12. 4 mm范围内时,蛋形管管外成膜排数及液膜厚度,得到以下结论:在扁管、椭圆管、滴形管和蛋形管4种异型管中,蛋形管成膜的管排数最多。随着制冷剂入口流速的增大,蛋形管换热管外成膜的排数增大,液膜厚度也增加。蛋形管管束的管间距越大,蛋形管管外成膜的排数越少,液膜越薄。     

地埋管换热器形式、管径及岩土温度对其换热性能的影响

建立了单U形与双U形地埋管换热器的三维数学模型。对外径25mm与32mm的单U形与双U形地埋管换热器换热性能的模拟研究表明,相同管径双U形地埋管换热器比单U形地埋管换热器换热量提高20%左右,但外径25mm的单U形地埋管换热器可以获得更大的进出口温差;对于双U形地埋管换热器,外径32mm与25mm相比,换热性能无明显优势;工程应用中,在地埋管用地面积充足时,建议选用外径25mm的单U形地埋管换热器,否则应选用外径25mm的双U形地埋管换热器;岩土温度每升高1℃,出口水温升高0.23℃,换热量下降5%左右。     

小温差下水平椭圆管外表面淋激换热特性实验研究

污水换热器是制约着污水源热泵系统的关键部件,采用淋激式换热器代替传统的管壳式换热器和沉浸式换热器用于污水侧取水换热是解决污水换热器结垢、除垢和堵塞有效途径。在小温差下对水平椭圆管采用淋激方式对其换热表面的换热特性进行实验研究,通过理论和实验相结合的方法,研究不同管内Re、管外喷淋密度、管间距d和入口温度t对传热系数的影响,得到了小温差下水平椭圆管淋激换热特性的关键影响因素,从而为淋激换热装置设计提供技术指标。结果表明:增大管外喷淋密度和提高管内入口温度能够有效提高换热管传热系数,而提高换热管内流速和增加管间距对传热系数影响不是很明显;淋激方式下水平横管管间距应该设置在40mm处,换热管内流体流速控制在一个合理经济流速范围内即可。     

严寒地区地埋管换热器周围土壤冻结区域分布特征实验研究

建立了模拟严寒地区土壤热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置,实验研究了地埋管周围土壤冻结区域的分布特征,给出了冻结相变锋面的平均移动速度。结果表明,土壤冻结区域呈不对称性分布,流体进口温度为-15℃时,埋深为350、700、1 050mm,热响应区在40~60mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为5、5、6.67mm/h,热响应区在60~80mm段,冻结锋面的平均移动速率分别为1.54、1.82、1.82mm/h;土壤冻结在一定程度上有利于地埋管与周围土壤之间的换热,在严寒地区地源热泵的设计中应考虑土壤冻结现象。     

污水源热泵淋激式蒸发器水平换热管外降膜流动状态分析

污水源热泵将淋激式换热器作为热泵蒸发器是实现物理抑垢、污水换热温差较小保持较高的换热性能的新方法。在淋激式换热器中,采用水平的换热管,污水以液膜形态在水平换热管上和管间流动,换热表面上降膜的流动状态是影响其表面换热性能的关键因素。国内外对较长发展段的降膜破裂、降膜流动状态定性参数相关研究成果仍有限。针对污水源热泵取热相关工况条件,对总长度为100 mm的多根水平放置的水平换热管外表面重力降膜的破裂和流动状态、换热管间降膜流动状态进行试验观测,得到有利于污水热泵蒸发器取热的临界雷诺数R_e、管间距,给出降膜流动状态的边界R_e的试验关联式,试验工质为水,试验雷诺数为100~600。     

竖直单U型地埋管传热模拟分析

针对地源热泵系统中的竖直单U型换热器的传热问题,利用FLUENT软件对其传热特性进行了稳态数值模拟。计算了管内流速,回填物导热系数,支管间距等因素对竖直单U型地埋管换热器换热性能的影响。通过数值模拟发现,管内流速过小时,地埋管换热器会出现严重的热短路现象。对比分析得出管内最佳流速为0.6 m/s～0.8 m/s;进回水支管间距越大,地埋管换热器换热性能越好;回填物的导热系数是影响地埋管换热器换热性能的一个重要因素,其最佳值与管内流速和管间距有关。综合考虑上述3个因素对地埋管换热器换热性能的影响,得出了支管间距为86 mm,管内流速为0.6 m/s～0.8 m/s,回填物导热系数为土壤导热系数的1～2倍时,竖直单U型地埋管的换热性能最好的结论。     

竖向U型深埋管建筑供暖连续及间歇运行的现场实验

在西安草滩建立了埋深为2505m的竖向U型深埋管换热系统,针对该深埋管系统的连续运行及间歇运行的换热特性展开了实验研究。实验条件为恒定埋管入口水温、流率,实时监测埋管的出口水温等。通过埋管进、出口水温差及流率得到埋管在实验条件下的综合换热强度。本研究旨在为深埋管换热建筑供暖技术的科学应用提供帮助。     

肋片几何参数对肋片管表冷器性能影响的数值模拟

本文通过数值计算的方法,应用FLUENT软件对表冷器干工况进行了三维数值模拟。在模拟过程中,考虑了肋片管管壁面对肋片导热所引起的肋片表面温度分布场对换热的影响,分析了不同肋片高度、厚度以及肋片间距对肋片管表冷器换热性能的影响,同时讨论了肋片不同几何参数对表冷器肋片管肋片效率的影响。根据分析,建议肋片厚度取0.2～0.4mm,肋片间距取2.4～3.2 mm,肋片高度不超过18 mm。     

单、双U形管地埋管换热性能对比分析

本文利用目前较为常用的地埋管换热器传热计算公式,通过对某种负荷特征下单、双U形管地埋管换热器换热性能进行计算,分析了这2种地埋管换热器在同一负荷特征下的换热性能差异;通过对不同负荷特征下单、双U形管地埋管换热器换热性能进行计算,指出了这2种地埋管换热器在不同负荷特征下的换热性能差异.     

天然气门站辐射加热器的结构优化

分析天然气门站辐射加热器的传热过程,建立数学模型。以某天然气门站为对象,通过计算,探讨换热管排列形式、管间距和换热管管径对换热管面积、辐射板面积和辐射效率的影响,分析了盘管式、排管式辐射加热器的特性。排管式排列方式优于盘管式,且根数越多越有优势;对于排管式排列方式,随着管径的变化,辐射板面积的变化趋势与换热管面积的变化趋势相反,在确定换热管管径时,应综合考虑辐射板和换热管材料的造价。     

基于层换热理论的竖直地埋管换热器设计方法

建立了地源热泵竖直地埋管换热器的三维传热温度场数学模型,模拟计算了不同季节不同工况下地埋管换热器内的水温分布。提出了层换热理论,竖直地埋管换热器及其周围岩土可以分为三个换热层——饱和换热层、换热层、未换热层。通过实测验证了该层换热理论。介绍了地埋管换热器埋深的确定、出水管的保温及流量的确定等。     

地埋管地源热泵地埋管管径的选取

详细阐述了地埋管管径对水泵能耗和地埋管换热性能的影响,在地埋管内水流量一定的情况下,选取5种不同管径进行了分析。结果显示,适当增大地埋管管径可减小流体在地埋管内流动时的沿程阻力,降低水泵运行能耗;减小地埋管管径可以增强地埋管内循环水与管壁的对流换热。应该综合考虑,确定最佳管径。     

结冰工况下闭式地表水换热器换热性能研究

建立了闭式地表水换热器传热特性的数学模型,并对模型进行了验证,在非结冰工况下,模型计算值与试验值误差在±17.3%之内;基于该数学模型,研究了换热管在结冰工况下的冰层变化规律、传热热阻构成比例、换热管沿程传热系数以及换热管换热量。结果表明:换热管外冰层厚度沿流动方向呈下降趋势;冰层导热热阻约占总热阻的6.5%;沿载冷剂流动方向,换热管沿程传热系数呈先增加、后减小的趋势,其转折点在冰层消失处;在相同条件下,DN32换热管在结冰工况下的换热量衰减为未结冰工况下的93.07%。     

三维外肋管的自然对流换热特性的实验研究

对由重庆大学研制开发的新型三维外肋管的自然对流换热特性进行了实验研究。实验结果表明：在Rα＝2000—10000范围内，自然对流换热条件下三维外肋管试件1、试件2的换热系数分别是光管的1．3—1．6倍和1．5—2倍。对实验数据进行逐步回归，得出了实验条件下自然对流换热准则关系式，并对肋几何参数对换热的影响进行了分析。     

地埋管换热器合理钻孔深度的选取

分别针对竖直单U形、双U形地埋管换热器,建立地埋管换热器数学模型。选取工程中常采用的内直径分别为20、26、32 mm的单U形地埋管(简称单U20、单U26、单U32)、双U形地埋管(简称双U20、双U26、双U32),在设定条件下进行换热性能模拟分析,筛选管材造价、换热性能相对合理的埋设形式与管径,对合理的钻孔深度进行确定。单U26、双U20、双U26的管材造价、换热性能优势各异,应结合实际条件进行选取,3种地埋管换热器合理的钻孔深度分别为70~120 m、80~100 m、70~110 m。     

竖直U型地埋管的换热性能分析

竖直U型地埋管换热器是地源热泵系统的重要组成部分,其换热性能直接影响地埋管设计参数的确定.本文以有限长线热源理论为基础,采用叠代法,计算了竖直U型地埋管的换热特性,并进行了实验验证.在此幕础上,对比分析了各相关参数对单U和双U并联地埋管换热器换热特性的影响,为准确确定竖直U型地埋管换热器的换热性能、进行换热器设计提供了必要的参考.     

桩基螺旋埋管换热器的沿程换热特性

建立了桩基螺旋埋管换热器的三维数值传热模型,研究了流体沿程换热特性和岩土温度分布特性。结果表明:桩基螺旋埋管换热器沿流动方向有进口、回填料热短路、小温差及出口4个换热阶段,每个换热阶段具有相应的换热特性;进行优化设计时,需控制小温差换热阶段的长度,增加其他换热阶段的长度,以提高螺旋埋管换热器的整体换热能力。     

地源热泵桩基与钻孔埋管换热器换热性能比较

相对于钻孔埋管换热器,桩基埋管换热器在换热性能和经济性方面均具有较大优势,目前越来越广泛的应用于地源热泵工程中。围绕钻孔与桩基埋管换热器的结构特点和换热机理进行对比分析,针对南京某项目桩基埋管换热器开展了换热性能实测及数值模拟分析,并采用数值模拟手段对比分析了钻孔与桩基埋管换热器的换热性能差异。研究结果进一步证明了桩基埋管换热器具有良好的换热性能。提出的传热性能数值模拟方法可较准确地计算出桩基和钻孔埋管换热器的传热效率。     

超临界二氧化碳在套管式换热管中的实验研究

在四种不同形式的套管式换热管中对二氧化碳的换热性能进行了实验研究。结果表明：在质量流量不变的条件下,不同的压力和入口温度下超临界二氧化碳在单直管内的局部换热系数随着温度的降低先升高后降低;对于不同的管型,相同的压力和进水温度条件下二氧化碳在三直管和双螺旋内管的换热量基本相同,两者出水温度的变化也相同;单螺旋内套管在出水温度、换热量、换热系数等各项换热性能指标都比单直管好,双螺旋管内的换热系数高于三直管,从而得出螺旋套管的换热性能优于直套管换热管。     

热泵系统中埋管物性参数对换热性能影响

以土壤源热泵系统中水平埋地换热管为研究对象,分别从埋管管材,埋管埋深以及埋管规格三个方面进行了分析与研究,总结出埋地换热管物性参数对埋管换热性能的影响。