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。     

折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h．壳程总压降△p以及单位压力损失下的传热系数h／Ap作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降△p以及h／Ap随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明：随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h／Ap减小：在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h／Ap,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度。可提高换热器的换热性能。     

折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h,壳程总压降Δp以及单位压力损失下的传热系数h/Δp作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降Δp以及h/Δp随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明:随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h/Δp减小;在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h/Δp,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度,可提高换热器的换热性能。     

螺旋角度不同的螺旋折流板换热器壳程传热性能研究

对螺旋角度分别为25°、30°和40°的螺旋折流板换热器壳程传热性能进行了试验与研究,同时对螺旋角度为25° 30°和40°的螺旋折流板换热器与传统的弓形折流板换热器壳程传热性能进行了比较.实验结果表明,螺旋角为40°的螺旋折流板换热器的传热效率最高,螺旋折流板换热器的壳程传热效率都比传统的弓形折流板换热器壳程传热效率高.     

螺旋折流板换热器壳程传热性能的研究

主要对18°,25°,30°螺旋角的螺旋折流板换热器壳程传热性能进行了测定与研究,同时又进行了18°,25°,30°螺旋角的螺旋折流板换热器与传统的弓形折流板换热器壳程传热性能的比较。即从试验中得出了螺旋角为30°的螺旋折流板换热器的传热效率最高,又得出18°,25°,30°不同螺旋角度的螺旋折流板换热器的壳程传热效率都比传统的弓形折流板换热器壳程传热效率高。     

大小孔折流板换热器壳程场协同分析

根据大小孔折流板换热器壳程结构和流动特点,利用有限元软件ANSYS-Fluent建立了大小孔折流板换热器周期性单元流道模型,通过对该模型的分析,揭示了大小孔折流板换热器内部流道的压力、温度、速度和角度场的分布规律。从角度场的分析得知：随着雷诺数的增大,大小孔折流板换热器壳程角度场的平均协同角逐渐降低,其传热效果越好;而当大孔直径和板间距较小时,大小孔折流板换热器壳程的场协同度较好,具有更好的传热性能。     

密封条对六分螺旋折流板换热器壳程侧换热影响

针对两种不同剪裁方式(60°、90°)布置的六分螺旋折流板,建立无密封条和存在密封条的换热器壳程侧模型;采用CFD分析软件借助数值模拟的方法,研究密封条及密封条结构改变对换热器壳程侧流动和传热的影响。结果表明:密封条的存在能够有效的提高壳程侧的换热系数,对90°扇形剪裁方式布置的六分螺旋折流板换热器壳程的影响较60°明显;在壳程侧换热系数增加的同时,壳程压降也随之增大。密封条宽度与间隙比值越大,壳程侧的换热系数越高;当比值为94.1%时,壳程单位压降换热系数较无密封条时增加(8.05~17.8)%。     

曲面弓形折流板换热器壳程压力降的数值模拟

采用Fluent软件数值模拟了一种新型折流板换热器——曲面弓形折流板换热器壳侧流体的流动状态,计算了壳程压力降,并与普通弓形折流板换热器进行了比较。结果发现:在流量一定的情况下,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降明显低于普通弓形折流板换热器的壳程压力降,而且随着曲面折流板曲率半径和折流板圆缺口高度的减小,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降降低的百分比增大。     

板壳式换热器壳程传热性能研究

形式利用FLUENT软件,在相同的工况条件下对3种具有不同折流板结构的板壳式换热器壳程传热性能进行了数值模拟分析与比较。结果表明传热性能最好的为弓形折流板结构,其次为弓缺形折流板结构,最后为环形折流板结构。通过样机试验对最优结构的板壳式换热器壳程传热性能模拟结果的正确性进行验证。此次研究对板壳式换热器壳程强化传热提供了参考,具有一定的工程实际意义。     

小孔混流折流板换热器壳程传热性能研究

传统弓形折流板换热器在折流板背流侧存在“流动死区”,会减小壳程传热效率。为降低“流动死区”的影响,提出小孔混流折流板结构,并建立小孔型混流折流板换热器有限元模型,研究小孔位置和数量对换热器壳程传热性能的影响。结果发现,壳程流体在折流板小孔处会形成射流,增强了附近流体的湍流程度,减小了“流动死区”的范围,提高了壳程传热效率。在研究范围内,随着折流板小孔位置向缺口处移动,壳程强化传热能力先增强、后减少。壳程强化传热能力最强的小孔位置靠近折流板缺口,相比没有小孔的传统折流板换热器,此时的努塞尔数提高了17.02%,压力降减少了3.58%。同时还发现,折流板小孔数目越多,虽然壳程流体的流动阻力越小,但换热效率变化不是单调的,意味着折流板的小孔布孔方案存在优化设计空间。     

倾斜折流栅式换热器壳程热力特性研究

为提升常规斜向流换热器的壳程传热性能,提出了一种倾斜折流栅式换热器。采用CFD分析软件FLUENT,标准k-ε模型方程对两种斜向流换热器的壳程热力特性进行了数值研究,并运用场协同原理分析了斜向流换热器的强化传热机理。结果表明:随着折流栅倾斜角的降低,壳程传热系数、压降、综合性能升高,但随着倾斜角的继续降低,如在(60~70)°范围内,壳程传热系数和综合性能基本保持不变;倾斜折流栅式换热器能够提高壳程局部纵向流场的流速,增加壳程流体整体的斜向流程度和速度场与温度场的协同性,强化换热。倾斜角为70°时,倾斜折流栅式换热器较常规斜向流换热器壳程传热系数和综合性能分别提高(7.54~7.66)%和(6.29~6.45)%。研究结果为斜向流换热器的结构优化和推广应用提供了理论依据。     

椭圆管管壳式换热器壳程传热性能的试验研究

通过试验方法对椭圆管换热器与螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和压降的研究,同时进行了壳程传热性能和压降的对比。从试验数据处理中得出,椭圆管换热器的传热系数虽然不高于采用圆管作为换热管的螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热系数,但其单位压降下的壳程传热系数却远远高于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器单位压降下的壳程传热系数。     

高效管换热器壳程传热强化效果及机理

采用数值模拟的方法研究几种高效管换热器壳程传热强化效果和机理。结果发现,在所研究的雷诺数范围内,相比于传统光滑换热器,螺旋波纹管、圆弧波纹管、波节管、锥纹管换热器的壳程努塞尔数分别提高26.2%～46.72%,11.01%～28.74%,9.55%～25.13%,7.52%～24.75%。螺旋波纹管的壳程压降高于光滑管,而其他三种波纹管的壳程压降却略小于光滑管。高效管波纹结构对壳程纵流和横流传热影响不同,同种管型相比,折流板缺口区域高效管壳程传热性能高于非缺口区域高效管,而折流板缺口区域光滑管壳程传热性能却略低于非缺口区域光滑管;和光滑管相比,折流板缺口区域高效管壳程局部传热系数明显提高,而折流板非缺口区域高效管壳程局部传热系数变化较小;高效管换热器壳程传热性能高于光滑管换热器,其主要原因是高效管在以纵流为主的折流板缺口区域具有较高的传热性能。     

管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT 13.0模拟软件中对管壳式换热器的壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到了不同折流板间距及入口流速的情况下换热器壳程流体温度场、速度场和压力场,分析了折流板间距及入口流速对换热效率和流体诱导振动的影响,对换热器结构优化设计提出了改进措施。     

热混合板式换热器换热阻力性能

为提高板式换热器对工况的适应能力,对两种不同倾角波纹板片组成的板式换热器进行研究。通过数值模拟,分析了热混合板式换热器单流道模型换热和阻力的情况,并结合场协同理论和火积耗散理论分析热混合板式换热器的综合性能。结果表明:随着入口Re的增大,压降和Nu逐渐上升,场协同数Fc逐渐降低。利用约束的平均协同角更能体现协同性随Re的变化规律。火积传递效率随Re的增大呈现震荡降低的趋势,硬板组合的传递效率要高于软板组合。在Re为1600时,Nu和压降随上壁面倾角βt的增大而增大,粘性耗散随着βt呈现先增大、后减小的趋势,且在上下倾角之和为100°时取得极大值。     

周向重叠三分螺旋折流板换热器油-水传热性能试验研究

对倾斜角为12°、16°、20°、24°和28°的周向重叠三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热和压降性能进行试验研究。换热器采用公共壳体和可更换管芯结构,热流体与冷流体分别为70℃左右的导热油和11℃左右的冷却水。试验结果表明,在试验范围内周向重叠三分螺旋折流板换热器总体传热系数、壳侧传热系数、壳侧压降和综合性能综合指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3都随着倾斜角增大而减小;倾斜角12°方案的性能指标最佳,其壳侧传热系数ho、综合性能指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3与弓形折流板换热器的数值之比的平均值分别为1.253、1.391和1.285。     

基于三维实体模型的纵流壳程换热器数值研究

利用FLUENT软件对三叶孔板换热器壳程流体流动和传热特性进行了数值模拟研究,建立了"周期性全截面计算模型"和"单元流道模型",并对其计算结果进行了对比分析。结果表明:随着换热器壳体内径D的增大,2种模型的计算结果逐渐接近;当D>800mm时,2种模型计算结果的误差已降至10%左右,此时"单元流道模型"具备实用性和适用性;在D≤800mm时,提出了"单元流道模型"的修正算法,给出了压力梯度和对流传热系数的修正关联式。     

不同螺旋角的螺旋折流板换热器性能试验研究

对螺旋角为12°,18°,30°,40°的单螺旋折流板换热器进行传热性能和壳程压力降性能测试,并应用英国传热协会的换热器计算软件对螺旋折流板换热器进行计算,得到了相应结构下的总传热系数和压力降.然后通过对试验数据的整理分析,并进行曲线回归,得到了壳程对流换热系数和压力降的经验计算公式,该公式可以为螺旋折流板换热器设计计算和数值模拟提供一定的参考价值.     

基于三维实体模型的管壳式换热器壳程流场和温度场数值研究

根据管壳式换热器的结构特点,采用基于管壳式换热器真实三维实体模型的几何建模方案,提出了管壳式换热器周期性全截面计算模型,实现了具有复杂壳程结构的管壳式换热器的数值模拟,克服了现有数值模拟建模方式的一些不足,为再现和模拟管壳式换热器壳程的真实流动状况,以及分析各种构件对壳程流体流动和传热性能的影响提供了良好的辅助手段。在综合考虑折流杆换热器壳程流体流动与传热的多方面影响因素下,提出了对折流杆换热器周期性单元流道模型的修正算法,改进和完善了折流杆换热器周期性单元流道计算模型的实用性和适用性。     

杈式折流栅对管壳式换热器壳程性能的影响

杈式折流栅是一种以斜向流和射流混合流动来强化管壳式换热器性能的新型管束支撑结构,用来代替杆式折流栅,可以弥补低雷诺数下,折流杆换热器换热效果的不足,并有效提高传热效率。依据计算流体力学原理和周期性数值模型,研究了杈式折流栅换热器的壳程流体流态、以及结构参数对换热器壳程流动传热的影响,得出了可用于指导工程设计的换热器传热、压降关联式。结果表明:随着折流片定向角及无量纲间距的减小,杈式折流栅换热器的综合性能先增大后减小;同质量流量下,与同尺寸折流杆换热器比较,杈式折流栅换热器的壳程传热系数提升170%～200%,综合性能提高了2.1%～24%,尤其在较低流量下,杈式折流栅的传热效率更加突出。