横掠管束降膜流动和传热特性

为了明确绕管式换热器壳侧降膜流动特性对传热性能的影响，建立三维壳侧计算域，采用VOF模型，在干度工况范围为0.1～0.9，热流密度为1 275～8 000 W/m²，质量流率为120 kg/(m²·s)时，分析了乙烷在绕管式换热器壳侧降膜流动过程。结果表明：对于乙烷工质，流型依次为层状流、半环状流、液滴流。干度为0.3，热流密度为4 000 W/m²时为层状流向半环状流转化点；干度为0.6和0.7，热流密度4 000 W/m²时为半环状流向液滴流转化点；在层状流向半环状流及半环状流向液滴流转化点传热系数均下降。干度为0.1～0.2，传热系数与干度成正相关；干度为0.3～0.7，传热系数与干度成负相关；干度为0.8～0.9，传热系数随干度变化不明显；流型为层状流和半环状流时，热流密度与传热系数成正相关。流型为液滴流时，热流密度与传热系数成负相关。     

绕管式换热器层间质量迁移特性的试验研究

绕管式换热器已在液化天然气等领域得到应用,其传热性能受到壳侧流体层间迁移的影响。本文通过新建试验台,以水和空气组成便于测量的两相工质,试验研究绕管换热器壳侧流体层间质量迁移特性。试验结果表明:工质在绕管壳侧的层间迁移率受质流密度、干度和入口条件等因素的影响。随着质流密度增大,总的层间迁移率先增大后减小,迁移率最大出现在质流密度120 kg/(m~2·s)工况下;随着干度的增大,总的层间迁移率先增大后减小,最大迁移率发生在干度0.4附近;层间迁移率随质流密度的变化规律在内层入口条件下与在外层入口条件下的相反。在绕管换热器壳侧流动的工质总是倾向于向外侧绕管区域迁移。     

工质R245fa水平管内流动沸腾换热的试验研究

设计了管内沸腾换热系数及总传热系数测定试验台架,对R245fa工质在内径6 mm水平光管内的流动沸腾换热特性进行试验研究。测试质流密度为50~150 kg/(m~2·s),工质蒸发温度为50,60和70℃。结果表明:随着工质含汽率的增加,R245fa的流动沸腾换热系数呈先增大后降低趋势。对于304不锈钢套管式换热器,烟气与R245fa工质进行换热的总传热系数约在40~65 W/(m~2·K)。     

润滑油对R32在水平光管内流动沸腾换热特性及压降的影响

对R32在φ5mm和φ7mm的水平光管内的流动沸腾时,润滑油对换热与压降特性的影响进行了试验研究,试验的质量流量范围为100~500 kg/(m~2·s),润滑油的含量在0~5%之间。结果表明,沸腾换热系数随着质量流量的增大而增大。在低干度区,换热系数随干度的增大而增大,当干度达到0.7~0.8时,换热系数达到最大。随着润滑油含量的增大,局部换热系数在减小。压降随着管径的减小和质量流量的增大而增大。润滑油含量的增大,导致压降的增大。在5mm管内,润滑油含量对换热系数和压降影响比较明显。     

CO_2/润滑油混合物在水平管内流动沸腾换热的试验研究

为了测试润滑油对CO2流动沸腾换热特性的影响,以指导CO2换热器的设计,对CO2/润滑油混合物在水平管内的流动沸腾换热系数进行了试验研究,试验工况质量流量为2.74~5.61kg/h,热流密度为3.2~5k W/m2,测试段入口干度为x=0.2~0.5,蒸发温度在-4~8℃之间,选择PAG作为润滑油,浓度为0~6%。试验结果表明,润滑油浓度越大,CO2的局部换热系数越小;润滑油浓度较低时(<3%),换热系数下降较大,再增大含油量,换热系数下降的趋势减缓。增大蒸发温度可以延迟干涸的发生,相反地,大的热流密度和质量流量可以使管内提前出现干涸。CO2/润滑油混合物的换热系数随蒸发温度的升高而增大,随热流密度和质量流量的增大而减小。     

绕管式换热器壳侧流场流动与传热的数值模拟研究

基于流体动力学数值模拟软件Fluent的应用,分别选取了标准k-ε模型、RNG k-ε模型对绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流进行数值模拟。分析了绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流传热过程的换热系数和压力降梯度,并与Fredheim试验结果进行比较。结果表明:绕管式换热器壳侧流场过热蒸汽流传热过程的数值模拟结果与试验结果相符,换热系数为200~1000 W/(m~2·K),压力降梯度为500~5000 Pa/m,误差为±20%,验证了数值模拟计算方法的准确性。     

微尺度通道内混合物流动沸腾特性研究

对非共沸混合工质R32／R134a(25％／75％)在微尺度管内的流动沸腾换热特性进行了试验研究。试验结果表明,在较高热流密度下,微尺度管内流动沸腾换热与质量干度和质量流量基本无关,热流密度对换热有着很大的影响,在较宽的热流密度范围内,核态沸腾在换热过程中占据主导地位。和细小管道相比,在相同条件下,微尺度管道内的流动沸腾表面传热系数高于细小管道。     

微通道中液氮的流动沸腾——换热特性分析

对微通道中液氮流动沸腾换热特性进行试验研究和分析。给出典型的沸腾曲线,分析壁温、干度和换热系数沿微通道管程的变化规律,考察热流密度、质量流量和压力对流动沸腾换热的影响。将126个试验数据点与四个换热关联式比较,并对微通道中流动沸腾换热机理进行分析。结果表明,在多数情况下干度和热流密度对沸腾换热系数的影响较小,换热系数主要决定于质量流量和压力,随两者增加而增加,换热以对流蒸发为主导机理。KLIMENKO关联式预测效果最好,TRAN微通道关联式次之,对常规管道得到广泛使用的CHEN关联式和SHAH关联式都远远高估了试验值。基于两相流压降和换热特性分析,推知微通道中的两相流流型不同于常规管道：在低干度情况下,流型以弥散泡状流为主;而在高干度情况下,流型以由雾状汽芯和不规则液膜组成的环状流为主。     

水平微圆管内R22和R410a凝结换热试验

R410a是被广泛看好的一种R22替代物,研究R410a的凝结换热特性对于开发适用此类制冷工质的凝结换热设备具有重要意义.搭建了微细尺度凝结换热试验台,测量了饱和温度为40 ℃、质量流速为200～1 000 kg/ (m2·s)、干度为0.2～0.8条件下R22和R410a在内径为0.941 mm不锈钢圆管内的凝结换热系数,分析了质量流速和干度对凝结换热的影响,并把试验数据与被广泛应用于传统大管道的SHAH(1979)和AKERS(1959)关联式进行了对比.试验与分析结果表明,凝结换热系数随着质量流速和干度的增大而增大,在高干度区更加明显,表明在高干度区切应力的作用增强;两个关联式均不能准确预测试验数据,最大偏差超过60%;与R22相比,R410a的凝结换热系数在较低质量流速时低于R22,在中高质量流速时与R22相当.     

甲醇/丙酮振荡热管的传热性能研究

作为高效传热元件,振荡热管在解决微小空间但热通量较高的电子器件散热方面具有独特的优势,其工质的选取对振荡热管的传热性能具有重要影响。采用甲醇、丙酮纯工质及两者不同配比(7︰1,4︰1,1︰4,1︰7)的混合工质,对不同充液率(45%,62%,70%)和加热功率(10~100 W)工况时的热阻特性进行试验,分析甲醇、丙酮工质的物性及其相互作用特性对振荡热管传热性能的影响,得到甲醇/丙酮二元混合工质振荡热管的传热特性。结果表明:小充液率时,振荡热管蒸发段均出现明显的烧干现象,混合工质振荡热管烧干时热阻较纯工质小,即在50 W时,甲醇、丙酮纯工质振荡热管热阻分别为1.509℃/W、1.484℃/W,而甲醇/丙酮1︰7时振荡热管热阻为0.88℃/W,其他配比时热阻在纯工质及混合工质配比1︰7之间,特别是在丙酮中加入少量甲醇(比如甲醇/丙酮1︰7)能有效地改善振荡热管的烧干情况;大充液率下,混合工质振荡热管热阻随着加热功率的增大变得较为平缓且相互之间相差不是不大,传热性能普遍较好。     

微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究

进行了微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究。系统运行参数的优化试验结果表明,不同的氢氦配比下,微型同轴脉管制冷机系统的最佳运转频率为15.5～17.2 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。气库小孔阀和双向进气阀均存在最佳开度,在试验系统中气库小孔阀最佳开度为70°,双向进气阀最佳开度为30°。同时,氢氦混合工质的试验结果表明,在其他运行参数不变的情况下,随着氢气摩尔分数的减少,系统最低制冷温度逐渐降低,当氢气摩尔分数小于20%时,系统最低制冷温度接近纯氦水平。在100～120 K温区,氢氦混合工质能提高系统的制冷量,当氢气摩尔分数为20%时,系统制冷量比纯氦时提高了13.5%～16.5%。     

竖直矩形窄通道内水流动沸腾换热特性的研究

建立单面加热垂直矩形窄通道流动沸腾换热试验装置,针对截面250mm×3.5mm的窄缝通道,对水流动沸腾换热特性进行试验研究。通过试验分析可知:(1)随着干度的增加,局部换热系数先增加后减小,有一个最大值,此时处于饱和核沸腾区域,其蒸汽干度也接近于0,同时也接近于沸腾起始点。相应地流体从单相流-泡状-块状流-搅拌-环状流转变。(2)在流动沸腾换热中,热流密度对核态沸腾换热有明显影响,而对流动沸腾液膜蒸发的影响甚小,所以可以认为由热流密度的变化而引起的换热变化,主要表现在核态沸腾。(3)入口温度的变化对单相流动的换热系数有影响,而沸腾换热系数与流型及汽泡的产生及扰动有极大关系,入口温度对流动沸腾局部换热系数基本没有影响。     

低温混合工质大质流密度流动传热试验系统北大核心CSCD

针对目前大质流密度条件绕管式换热器试验数据缺乏的现状,本研究搭建了可实现低温混合工质大质流密度条件试验工况控制和数据测试需求的试验系统。试验系统包括压缩机、冷却塔、冷水和冷冻机组、低温液化换热器等关键装备,可进行混合工质的压缩-冷却液化-相变传热流动控制和可视化等测试研究。试验平台可实现质量流量密度在20~140 kg/(m^(2)·s)范围内测试,系统温度误差为±0.1℃,压力误差小于10 kPa,压降误差小于2 kPa,干度误差小于1.4%。在预冷段试验区域干度为0.4,质流密度120 kg/(m^(2)·s)下实现了平稳运行,获得了稳定循环数据验证。     

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)%。     

低沸点工质在水平蒸发换热强化管内换热特性研究

本文通过分析作者和国内外文献有关低沸点工质在水平螺旋翅片管内蒸发换热特性实验数据，讨论了热流密度，质量干度和质量流速对局部换热系数的影响，并将实验数据与现有的螺旋翅片管换热关系式的计算值进行比较，结果表明，ｋａｎｄｌｉｋａｒ的关系式具有是确的流动沸腾换热机制及一定的精度。为提高其通用性和精度，本文提出了进下不改进Ｋａｎｄｌｉｋａｒ关系式的具体设计想，从而为优化设计螺旋翅片管，研制高效蒸发强化管提代     

绕管式换热器壳侧液体降膜流传热特性分析北大核心CSCD

为研究绕管式换热器壳侧传热特性,建立了以丙烷为模拟工质的三维液体降膜流传热模型,进行了不同流动工况下液体降膜流的传热数值模拟,分析了雷诺数、液相入口温度、换热管壁温、壳侧工作压力对绕管式换热器传热性能的影响。结果表明,流动工况对绕管式换热器的传热性能有显著影响;对于液体降膜流,传热膜系数随着雷诺数增大而增大,同时相同雷诺数时,随着换热管管层下降传热膜系数逐减减小;当液相入口温度升高时,传热膜系数增大,液相入口温度升高0.2 K时,平均传热膜系数升高约15%;当管壁温度与饱和温度间的温差较小时,升高管壁温度传热膜系数有明显增加,当管壁温度与饱和温度温差较大时,传热膜系数变化不显著。对于丙烷,工作压力增大时,液体降膜流的传热膜系数减小,当工作压力从0.2 MPa增大到0.3 MPa时,传热膜系数降低10%~15%,当工作压力从0.3 MPa增大到0.4 MPa时,传热膜系数降低约5%。所得结果可为绕管式换热器工艺设计提供参考。     

水平管束低压降膜蒸发换热特性研究

本文主要对水平管在较低压力的降膜蒸发进行研究,设计了滴淋降膜蒸发试验台,以去离子水为工质,在不同的喷淋流量、温度和压力下,对水平管束进行降膜蒸发传热实验。试验结果表明,在较低过冷度下,管外换热系数和总传热系数随着喷淋流量的增大变化不明显。当过冷度增加时,管外换热系数和总传热系数变小,但随着喷淋流量的增大而明显增大。换热系数随过冷度下降而增加,过冷度为零时,换热系数最大。此外,蒸发器水流量对换热几乎没有影响。     

R410A在内螺纹强化管管内冷凝的传热性能试验研究

为了研究水平强化单管的管内冷凝性能,搭建了实验台。研究了在冷却水量不变的情况下,R410A在不同冷凝温度(35℃和40℃)和不同管径(5mm和9.52mm)下的换热情况。结果表明:总换热系数和压降随工质质量流量的增大而增大,质量流量对管内换热系数影响不是很大。冷凝温度40℃,5mm铜管的换热系数最高;冷凝温度40℃,9.52mm铜管的压降最小。     

基于R410A制冷剂的强化管管外冷凝换热特性试验

为研究强化管的管外冷凝换热特性,设计了试验装置,并基于R410制冷剂对1EHT-1、1EHT-2和4LB三种强化管的管外冷凝换热特性进行了试验。通过试验确认,强化管的管外冷凝换热系数随质量流速的加快而增大,当质量流速320 kg/(m~2s)时,管外冷凝换热系数变化明显,且1EHT-1的管外冷凝换热系数最大,4LB次之,1EHT-2最小。同时对水平环形套管的热损失与强化管的冷凝压降损失进行了研究。     

两种型式绕管式换热器传热性能试验研究

Y型和K型绕管式换热器是管侧与壳侧的进出口结构不同的两种换热器,用试验方法对两种型式绕管式换热器进行了水和水蒸气的换热性能对比研究。试验中保持管侧蒸汽的体积流量不变,调节壳侧水的Re变化范围为2800~13000。试验结果表明,在试验范围内和相同Re条件下,Y型换热器具有更大的总传热系数、更低的壳侧压降、更高的壳侧对流换热系数,其最大值分别比K型大17.9%、低61%、高11.6%;以K型绕管式换热器为基准,Y型绕管式换热器的综合传热评价因子PEC在试验Re范围内均大于1,说明Y型绕管式换热器的综合传热性能始终优于K型绕管式换热器。