高宽比对矩形微小通道内流动的影响

为了研究高宽比对矩形微小通道内流动的影响,选定槽道当量直径均为lmm,长度为360mm,矩形截面的高宽比分别为1/10、1/5、1/4、1/2、1、2、4、5和10的微小通道,实验测得煤油在其中的流动压降,算得其沿程的损失系数.结果发现截面高宽比小于1时,沿程流动压降随截面高宽比增大而减小,损失系数随截面高宽比增大而减小;截面高宽比大于1时,沿程流动压降随截面高宽比增大而增大,沿程损失系数随高宽比增大而增大.     

非均匀加热条件下微矩形槽道内的滑移流动换热特性

利用正交函数法对定热流密度加热、壁面温度在周向可任意变化条件下,气体在微矩形槽道内的热充分发展滑移流动的换热特性进行理论分析,获得相应条件下的Nu数计算方法及换热特性,并与大尺度槽道的换热特性进行比较,探讨了Kn数、槽道高宽比及不同加热条件对微矩形槽道内滑移流动换热性能的影响。结果表明,在任何加热条件下,微矩形槽道内的平均Nu数均低于相同加热条件下大尺度矩形槽道中的Nu数,且随Kn数的增加而减小。高宽比越小,平均Nu数下降越大。在相同的高宽比和Kn数下,单边加热条件下的换热性能相比相同加热条件的常规大槽道内的换热性能下降最小。     

非圆截面小通道内R113的流动沸腾换热特性

针对非圆截面小通道流动沸腾换热研究报道较少的现状,以R113为工质,对4种不同水力直径的正方形、三角形截面小通道内的流动沸腾换热特性进行试验研究,试验参数范围：入口干度,过冷～1.0;质量流速400～ 3 300 kg/(m2?s);热流密度20～150 kW/m2,并将试验结果与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验结果进行了对比分析。试验结果表明：非圆小通道内饱和流动沸腾局部壁面温度与质量流速密切相关,并受热负荷与流动沸腾换热状况的影响;质量流速和壁面热负荷是非圆小通道内流动沸腾换热特性的主要影响因素;与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验数据对比显示,非圆截面小通道具有明显的强化传热作用。     

波纹翅片传热与流动特性数值仿真分析

采用数值计算方法,进行了波纹翅片传热与流动阻力特性的仿真研究。计算了波纹翅片上下表面换热系数沿着流动长度方向的变化特性;进行了波纹翅片无量纲曲率半径对换热系数、努塞尔数、管道压降、摩擦因子、管道进出口空气温差等的影响研究,绘制了波纹翅片换热性能评价图。研究结果表明,波纹翅片上下表面换热系数的大小沿着翅片长度方向呈现正弦形式波动,波动幅值逐渐较小;无量纲曲率半径的减小有利于提高波纹翅片的换热效果,但波纹翅片内空气流动的阻力也随之增大;换热性能评价图显示波纹翅片换热性能的增长率小于流动阻力的增长率。该研究内容为机车及动车组板翅式换热器空气翅片选型提供参考。     

矩形微通道截面高宽比对流动压降的影响

利用Fluent流体计算软件,对采用水作为介质,硅为材料的矩形微通道在质量流速为0.03～0.45 g/s,雷诺数在100～1100,矩形截面高宽比在0.10～10之间的层流流动进行了数值模拟研究,并对结果进行分析比较,得出了矩形截面高宽比与微通道层流流动压降之间的关系以其数学表达式.     

开孔折流板对列管式换热器传热性能的影响研究

针对由传统弓形折流板结构带来的壳程流动死区,从而引起的流动阻力大、传热效率低等问题,本文对折流板进行开孔,通过数值模拟的方法研究开孔折流板结构对列管式翅片换热器壳侧流体流动、传热及阻力性能的影响。研究发现,折流板开孔后,壳程流动死区明显减小,壳程传热系数及压降同比开孔前降低了;综合换热性能同比开孔前提升了。壳程压降随开孔率及板间距的增大而减小,壳程努塞尔数Nu随板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现,开孔率x=0.229、折流板间距H=85 mm的列管式换热器综合传热性能最佳。     

集中供热用非对称板式换热器流动换热的研究

非对称板式换热器流道截面相异的特性为集中供热一二次网流量差异下换热性能的优化提供了可能。通过数值模拟,研究了不同工况下人字形非对称板式换热器的波纹倾角β、节高比■/H对其传热系数和流动阻力的影响;以经济学费用现值PC为标识,对其综合性能进行评价。结果表明:波纹倾角β对不同节高比板片的影响并不相同,其对小节高比(■/H≤5)板片换热系数和阻力影响均较大,而大节高比(■/H≥6)对波纹倾角β敏感性较弱;当β≤60°时,大节高比板片具有较好的换热性能和较低的流动阻力,其经济性优势显著,可节省33%～61%的总投资费用;综合考虑设备性能和经济性,β=50°、■/H=6、7为合理的结构参数。     

螺旋外肋管换热器壳侧流体流动与换热特性数值研究

利用CFD技术,研究了螺距及肋高对螺旋外肋管换热器壳程流体流动和换热性能的影响。建立了壳程周期性单元流道模型并进行数值计算,详细分析了不同螺距、肋高对壳程流体流动及换热的影响。结果表明,适当地减小螺距可以有效地强化管壁对流换热效果,同时伴随着摩擦阻力系数的增大,但综合换热性能更强。在高雷诺数区域,随肋高的增大,螺旋外肋管的换热性能随肋高的增加比较明显,而摩擦阻力系数的变化与肋高变化的程度大致相同。速度场和温度场的平均协同角随螺距的减小而减小,协同程度增强。提出了螺旋外肋管换热器壳程换热及阻力性能公式供相关工程设计参考,并对外肋管换热器壳程综合强化性能做出了评价。     

管带式换热器空气侧传热传质与阻力性能的准则关联式

报道了管带式换热器空气侧换热及阻力性能的实验结果，给出了计算空气侧换热系数、析湿系数与流动阻力的准则关联式。这些公式的可信度较高，可在工程设计中应用。     

国家科技成果重点推广项目

该换热器系列是一种纵流壳程的管壳式换热器,以杆圈式支撑结构代替原壳程挡板结构,使壳程流体由横向流动变为纵向(平行于列管)流动,并利用等阻力降原理,科学地研制出变截面整体导流筒、夹套及流体再分布器,形成了国内首创的新结构。该结构极大地提高了传热效率,增加了有效传热面积,降低了流体流动阻力,节能效果显著。与现行管壳式换热器相比,强化了壳程传热,提高传热膜系数30％,减少壳侧阻力降35％,改善了壳侧传热综合性能,设备重量减轻约40％,耐腐蚀,使用寿命长。已开发出壳体直径为600～1400mm、传热面积为98～464m~2、适合无相变和有相变冷凝换热工况的系列产品。     

基于遗传算法的小型化液压油源用错列翅片式换热器优化研究

紧凑、轻量化、高效节能型换热器对高端移动装备中液压油源的小型化至关重要。基于不同普朗特数流体的换热和流动阻力经验关联式设计并优化了一种矩形错列翅片式换热器。推导出相关质量、出口温度和压力损失的函数模型,通过灵敏度分析研究关键参数对目标函数的影响,从而评估各变量对换热器综合性能的贡献度。在此基础上,利用遗传算法对换热器的关键参数进行优化。同时,通过数值模拟研究优化前后换热器的流动特性和换热性能。结果表明,理论计算与数值仿真结果吻合良好。优化后换热器质量减小25.79%,换热器降温幅度提高25.24%。研究成果对液压油源的小型化和轻量化具有积极的促进作用。     

三种管壳式换热器传热与流阻性能对比实验研究

弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在流动阻力大和传热死区大等缺点,折流杆换热器壳程流体纵向流动,但当壳程流体雷诺数Re较小时传热性能不佳。为克服上述缺点,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,该换热器壳程流体总体呈纵向流动,局部区域流体倾斜冲刷换热管束。对斜向流换热器与折流板换热器和折流杆换热器传热与流阻性能的对比实验研究表明,在同等壳程流体流量下,斜向流管壳式换热器的传热系数、压降和综合性能均介于折流板换热器与折流杆换热器之间。研究结果为管壳式换热器升级换代提供了一种新技术和新装备,也为热力系统中换热器选型和结构优化设计提供了重要依据。     

低压条件下紧凑叉排管束沸腾换热特性试验

针对传统的满液型蒸发换热器,将蒸发器中的水平加热管束按叉排方式紧凑排列形成窄缝空间,在大气压和低压运行条件下,利用窄缝空间沸腾强化换热机理,可以将在低壁温/低热负荷条件下的自然对流换热转化为核态沸腾换热,能有效提高满液式蒸发器的换热性能。和传统的满液型蒸发换热器相比,这种紧凑式蒸发器平均换热系数能提高一倍以上。紧凑蒸发器的管距、管位置,工作压力都对蒸发器的换热性能有显著影响,管距的影响是最大的。不同的压力条件下存在一个对应的最佳管距。在此管距下,蒸发换热器的强化换热性能达到最大。最佳管距对应的管束水力当量直径近似等于池内沸腾时的气泡脱离直径。随着压力减小,最佳管距逐渐增大。同时,紧凑式管束布置引起的窄缝空间内沸腾强化换热强化效果也逐步降低。     

人字形角对导孔型板壳式换热器壳程流体流动与传热特性的影响

以导孔型板壳式换热器为研究对象，通过数值模拟探究了双人字形板波纹角度的变化对壳程流体流动、传热性能的影响，采用粒子图像测速(PIV)对壳程流场分布和流速进行了试验验证。结果表明：PIV试验与数值模拟得到壳侧速度矢量分布一致，轴向速度的平均误差为2.93%,最大相对误差为13.24%。与矩形板式换热器不同的是，导孔型板壳式换热器的换热能力和压降损失随着角度的增大而提升，在β=60°达到临界点，随后随着β的增大换热能力有所削弱。壁面平均涡强Se与换热效率Nu存在对应关系，Nu随着Se的增大而增大，拟合的关联式误差在±9%以内。此外，在研究范围内，不同β下的综合性能随着质量流量m的增加而减小，β=30°时综合性能最好，该研究结果可为工业设计选择提供参考。     

矩形进料体高宽比对旋流器流场和分离性能影响的数值模拟

横截面为矩形的进料体比圆形的分离性能更好,但是一直没有找出矩形进料体合适的高宽比。本文采用数值分析法研究了矩形进料体的高宽比对直径为75 mm旋流器分离性能的影响,将数值结果与Hsieh经典试验结果进行了对比,发现两者有良好的一致性,验证了该方法的有效性。探究了进料体不同高宽比下的压力场、速度场、湍流场和分离效率。结果显示压力降和切向速度随着高宽比的增加出现先增加后减小的趋势,在高宽比为3.0时最大且短路流量最小。因此,可以通过改变高宽比来减小湍动能,随着高宽比的增加,湍动能先减小后增加,在高宽比为3.0时,湍动能最小,继续增加高宽比湍动能变大。采用较大的高宽比可以提高分离精度和减小切割粒径,获得更好的产品质量。对于直径为75 mm旋流器来说,矩形进料体的最佳高宽比应该在3.0~4.0之间,为以后设计合理的进料体结构提供依据。     

管翅换热器翅片侧流动与换热性能的CFD分析及强化措施

采用CFD商业软件对管翅换热器翅片侧的流动与换热进行了数值模拟,着重分析了入口空气迎面风速和翅片间距对于换热器性能的影响,包括对翅片换热系数,气体通过换热器的流动阻力,气体出口温度等主要性能参数的影响,以曲线的方式给出了详细的计算结果,并得出了无量纲参数的拟合方程;同时对温度场,压力场等进行了可视化模拟,为试验研究提供了有益的基础数据和理论指导.     

新型水-汽板式换热器的冷凝除湿性能研究

冷凝除湿在废水处理和石油化工等行业中应用较多,板式换热器因具有结构紧凑、单位体积内换热面积大、传热系数高等优点,逐渐在冷凝除湿环节得到应用。但由于板式换热器中流体流动和相变的复杂性,对其研究、计算和分析比较困难。利用试验和CFD数值模拟方法,研究了新型水-汽换热器不同结构参数的换热板对冷凝除湿性能的影响。结果表明,随着换热板波纹倾角的增大,流体边界层分离越来越明显,湿空气含湿量减小;随着换热板波纹高度的增大,流动死区减少,流体分布越来越均匀,冷凝除湿效果增强;随着换热板波纹间距的增大,换热板换热面积减小,扰流程度大大降低,湿空气冷凝除湿效果变差,但压降有效降低。     

板翅换热器流道结构改进与流体流动性能分析

研究超大型空分装备中板翅式换热器流道改进结构及其对换热器内流体流动影响,设计一种新型板翅换热器流道结构,该新型流道结构可以改变换热器流道内流体的流动方向,促使流体在板翅换热器内部呈M形流动,从而延长换热器中流体的流动距离,增大流体的湍流性能,强化换热器的换热效果。对板翅式换热器流道中转折位置流体的分布情况进行分析,着重分析换热器流道转折位置与流体流动速度、压力变化以及流体湍流性能之间的对应关系。采用Fluent分析流道结构改进前后板翅式换热器内流体的流动情况,可以看出改进后的流道结构可以显著增强换热器内流体的湍流性能,与结构改进之前的传统流道相比,新型流道结构的板翅式换热器通过增大内部流体的湍流性能的方式,提升换热器的换热效率。     

颗粒填充平行平板间流动与换热的边壁效应试验研究

考察了平行平板间流动与换热的边壁效应影响,测量了颗粒填充通道壁面温度分布,从而明确了板面开槽对流动和传热的作用机制。相同雷诺数的槽板平均表面换热系数是平板的2~3倍,同时减小了流动阻力。试验结果说明,开槽宽度与颗粒直径之间存在最佳组合。这为开发新型高效填充结构换热器提供了基础性的试验数据。     

盘管内冰浆换热特性试验研究

为了探明冰浆输送过程中换热规律，搭建冰浆流动换热测试试验台，试验研究了入口含冰率、管径以及流速对冰浆换热特性的影响规律。结果表明：冰浆的换热量随流速和管径的增大而增大，随含冰率先增大后减小，且存在极大值，此时冰浆流速为2 m/s，入口含冰率为6%，最大换热量为3.02 kW；以换热阻力比（单位管长换热量与压降的比值）为评价标准寻找冰浆流动的最佳状态点，发现当管径为20 mm、流速为0.5 m/s且入口含冰率为6%时，换热阻力比达到最大，最大值为16.42 W/Pa，此时达到冰浆流动换热过程的最佳工况点，单位阻力耗散能量下所能提供单位管长换热量最大。研究结果可为冰浆在盘管内输送过程中出现分层、聚集和冰堵等问题的解决提供参考。