对流换热可控温差场分布原则

应用火积概念导出了对流换热过程的火积耗散表达式,进一步基于火积耗散极值原理讨论了换热器N股冷、热流在不同情况下参与换热的优化。研究表明,若参与换热的任何冷、热流之间的温差可以独立调控,在总换热量一定寻求火积耗散最小或在总火积耗散一定的条件下寻求换热量最大,则整个换热系统冷、热流之间的温差分布均匀时换热最优;若参与换热的任何冷、热流体之间的换热量或火积损耗可独立确定,则换热冷热流之间的温差分别保持各自的均匀温差分布时换热最优;若在任何冷、热流之间存在可能换热的情况下,无论是总换热量一定时寻求火积耗散最小,还是总火积耗散一定时寻求换热量最大,整个换热系统不同的冷热流换热的优化温差并不是同一个常数。     

运用夹点设计法对一实际换热网络的改造

随着能源价格的不断提升,化工企业的节能降耗成为紧迫必行的任务。通过在对一实际过程的换热网络结构分析的基础上提取热、冷工艺物流,在给定的最小传热温差（20℃）限制下运用夹点设计法合成具有最大热回收的新换热网络;采用断开热负荷回路、取消热负荷较小的换热器达到减少换热器个数、简化网络的目的;由于热负荷转移造成了某些换热器传热温差违反最小传热温差限制、甚至出现传热温差为负值（违反热力学第二定律）的情况,采用能量松弛法恢复这些换热器的传热温差至给定的最小传热温差。经过调优后换热器网络总换热设备个数与原实际网络的相同,但与原实际网络相比,热、冷公用工程均节省1220kW。     

A general theoretical principle for single-phase convection heat transfer enhancement

The main methods of single-phase convection heat transfer enhancement are analyzed in this paper, and the unity of contradiction between heat transfer enhancement and energy consumption (or exergy destruction) is expounded. The thermodynamic relationship between heat (or exergy) transfer efficiency and energy consumption (or exergy destruction) as well as driving forces is established, and a general theoretical principle for single-phase convection heat transfer enhancement is further obtained. The principle shows that temperature gradient field distribution and velocity field distribution constrain each other, and that the optimum heat transfer efficiency can be obtained when they are synergetic. If the level of the synergy of temperature gradient field distribution with velocity field distribution is determined, the relative uniform temperature gradient is required, and vice versa. The principle also shows the relationship of relative temperature gradient with specific heat and coefficient of heat conductivity. The deduced results can be used as a theoretical guidance for single-phase convection heat transfer enhancement and optimum design of heat exchangers.     

有渗流时埋管换热器传热模型

为研究地下水渗流对埋管换热器传热的影响,以移动热源的格林函数为基础,通过引入虚拟热汇,由叠加原理建立热渗耦合作用下的有限长线热源模型.将此模型与有渗流无限长线热源模型和无渗流有限长线热源模型作了对比,比较结果表明该模型计算有渗流时埋管换热器的传热更加合理.针对地下水渗流流速和土壤热物性等对传热影响的分析,表明地下水渗流导致土壤温度场发生变形,渗流速度越大,钻孔壁中点温度越快达到稳态,且稳态过余温度越低;土壤密度和比热越大,土壤导热系数越小,则土壤温度场变形越大.     

相变储热换热器技术研究进展

综述了目前业内的一些新型换热器的结构设计和优化结果,重点介绍了新型换热器的结构和传热效果的强化机理。结论如下:使用泡沫金属和热管虽然会抑制自然对流但会大幅度提高导热性能,对传热的强化效果显著;换热面积更大,四重管比三重管更具换热优势;螺旋管节距随温度梯度变化时具有更好的温度均匀性;弯折板式换热器性能优异且占地面积小;管壳式换热器换热效果好、结构简单、工业应用前景更为广泛。     

地下连续墙内埋管换热器传热性能的试验研究

采用现场试验的方法对上海自然博物馆地下连续墙内埋管的传热性能进行了试验研究,分析了埋管布置形式、循环水流速、进水温度和运行模式对换热效果的影响.试验结果表明:地下连续墙内埋管的布置形式和传热性能都与传统的地埋管有较大的不同;混凝土水化热对地下连续墙体的温度有较大影响;增大埋管的支管间距可以提高其换热效果;在试验工况下的单组埋管合理流速为0.6～0.9m/s,;地下连续墙内埋管的换热量随进水温度呈线性变化;采用间歇运行的模式,可以提高热交换系统的换热量.     

Heat transfer performance evaluation of one-stream heat exchangers and one-stream heat exchanger networks

One-stream heat exchangers and one-stream heat exchanger networks are widely used in engineering. In this paper, the heat transfer performance evaluation of one-stream heat exchangers and one-stream heat exchanger networks is analyzed with the concepts of entropy generation rate, entropy generation number, revised entropy generation number, entropy resistance, entransy dissipation rate, entransy dissipation number and generalized thermal resistance. For the analyzed one-stream heat exchangers, our numerical results show that the extremum value of the entransy dissipation rate and the minimum values of the entropy resistance and the generalized thermal resistance always lead to the largest heat transfer rate or the lowest temperature of the cooled object,while the minimum values of the other parameters do not always. For the analyzed one-stream heat exchanger networks, the minimizations of entransy dissipation rate, entransy dissipation number and generalized thermal resistance always correspond to the lowest average temperature of the cooled objects, while the minimizations of the other parameters do not. Therefore, only the extremum entransy dissipation principle and the minimum generalized thermal resistance principle are always applicable for the heat transfer performance evaluation of the systems in this paper, while the applicability of the other parameters is conditional.     

用控制容积法求解连铸方坯温度场

控制容积法是求解温度场微分方程中采用的离散化方法之一，其基本思想是将计算域分成互不重叠的控制容积单元，使每一个网格结点都由一个控制容积单元所包围，这个控制容积单元在单位时间内接受(传出)的热量仅与其邻边的单元有关，并等于邻边单元通过界面传出(传入)的热量总和。本通过对传热微分方程的变换处理，采用控制容积法推导出可实现计算机求解的差分矩阵方程，编写出计算机求解程序。在给出边界条件的情况下，求解出铸坯的温度场。     

单片矩形翅片表面的换热系数分布

矩形翅片广泛应用于各类换热器,翅片表面的换热系数分布是强化传热研究中的问题之一。采用单片矩形翅片管作为模型,用有限差分法在翅片表面划分节点,通过实验测量获得气流速度ｕ＝４．５ｍ／ｓ时各节点处离散的表面温度分布及气流温度分布,最后利用导热反问题方法求得各节点换热系数。经热平衡法验证,所获得的解能正确反映实际换换热情况。     

百叶窗形叶片倾斜通道在变物性条件下自然对流换热系数数值模拟预测

百叶窗形叶片作为强化自然对流换热的一种方式在制冷、空调及计算机部件散热等场合有着广泛的应用.对百叶窗形叶片端部开口的倾斜通道自然对流换热以及流动过程进行了较详细的数值模拟,在考虑了变物性的影响条件下,给出了换热系数的预测公式.模拟研究表明,一般情况下上部的两个通道,通道空气质量流量随叶片温度升高,先增大后减小,变物性的影响不可忽略.百叶窗形叶片从底部叶片到顶部叶片换热情况逐渐恶化.叶片上下面的局部努塞数,一开始在通道入口沿流动方向减小,在接近通道出口处又增大,并且叶片下表面局部努塞数增大的值大于叶片上表面增大的值.这一现象用一种新理论———场协同理论进行了解释.     

热管换热器热传递矩阵及热管换热器传热效率

本文提出了热管换热器热传递矩阵的概念.用热传递矩阵相似关系,推导出了热管换热器传热效率计算式.并讨论了极限情况下的热管换热器效率表达形式.     

U型翅片管换热器传热单元数计算式

为了得到U型翅片管换热器传热单元数计算式,以U型翅片管换热器为研究对象,通过建立翅片管换热模型,推导出了逆流和顺流2种流体流动趋势的传热单元数计算式(NTU计算式)．分别采用推导出的传热单元数计算式(εNTU法)和前人推导出的平均温差关系式(LMTD法)计算U型翅片管传热系数,并进行对比分析．结果表明,当进水温度为45～60 ℃,热水流量为30～110 kg／h时,由εNTU法和LMTD法计算出来的翅片管传热系数相差很小．所推导出来的U型翅片管换热器传热单元数计算式是合理的．     

分层土壤地下埋管换热器的一种优化方法

针对天津滨海新区100,m深土体分层的特点,根据分层土体内温度分布的数值模拟结果,分析了回填材料热阻与管间热阻相对大小的不同组合对换热器综合性能的影响.结果表明:由于埋管换热器中地下传热过程存在比较明显的“热短路”现象,换热管间垂直方向的热隔离能产生较明显的强化传热效果,从而提出了增加U型管管间热阻,以便提高埋地换热器换热性能的方法.     

含偏心热源同轴多层圆柱稳态温度场分析

针对含偏心热源同轴圆柱多层介质结构的稳态传热问题,本文根据多极理论传热模型给出多层结构中含待定系数无穷级数的温度场通式,并利用边界条件与源条件,得到层与层之间的递推关系进而求解温度场的表达式,具有形式简单可应用到任意多层介质的特点。将该方法应用于土壤源热泵系统的U型地埋管传热过程,验证了其可靠性,从而为同轴圆柱多层介质结构传热分析提供了一种新的有效工具。     

无高差水平布管分离式热管性能实验研究

为了研究无高差水平布管分离式热管在空调冷量回收中的应用情况,对无高差水平布管分离式热管换热器在不同充液率和不同驱动温差的条件下其前后空气温度分布均匀性和热管换热器的节能效果进行了实验研究。研究结果表明,空调系统引入此分离式热管系统后可节能9％-26％,有一定节能效果;在不同充液率和不同驱动温差下空气温度分布都不均匀,温度在热管换热器不同高度的测量点差别较大;热管换热器前后空气平均温差总体偏小,换热器换热面使用效率低。该结果为与动力型分离式热管性能作比较提供实验依据。     

超深井井下环境仿真系统温度场数值模拟

为解决深井井下环境仿真系统的温度场分布不均匀问题,对具有大长径比、大时滞以及多种复杂传热方式的系统温度场进行数值模拟,得到使釜内温度场分布均匀的有效方法.介绍了仿真系统的组成和工作原理;根据传热学原理给出了系统传热学模型;分别在不同边界条件下,数值模拟了系统的温度场分布情况,并与实际升温曲线进行对比,证明了仿真结果的有效性.     

列管换热器经济性理论分析

列管换热器是干燥热风炉常用的换热器型式,为了探究降低高温大容量热风炉用换热器投资成本的途径,使用平均对数温差法(LMTD法)计算列管换热器在空气升高不同温度时的换热面积,绘制了空气升高温度差Δt=t2-t1与平均换热面积F/(t2-t1)的换热曲线。经分析得到列管换热器的经济温度区域,这种经济性分析法可以应用于高温大容量热风炉两级换热器的设计和选型。     

基于CFD技术的某管式换热器结构改进

应用CFD技术,对工程用油-水列管式换热器进行了流场计算,分析了其换热性能。针对其热流场的缺陷,提出采用折流板技术对其结构进行改进设计,并对比分析了两种结构的折流板换热流场情况。结果表明:两种具有不同折流板结构的换热器均可消除局部温度过高的现象,相较而言,内圆式折流板散热器沿程阻力损失较小,效果较好。     

换热强化及其优化设计的新途径

审视了强化换热及其优化设计换热系统的方法,无论是传统的强化换热方法还是场协同方法,都只片面地强调了强化传递强度而忽视了由于强化所引起的能量耗散的约束。在强化传递强度的层次上,给出了换热强度与流体中内场和外场的数学关系,通过协调不同驱动力之间的关系可以强化热传递强度。在优化设计换热系统的层次上,给出了优化设计的热力学判据,表明了不可逆性与推动力之间的权衡,并由此得到换热器强化的优化设计温差。     

液冷系统中均热板气液相变的热质传输模拟

为提高电池热管理液冷系统的均温性,研究一种铝槽式均热板和直流式液冷板相结合的复合液冷系统,并建立相应的三维传热模型。采用Volume-of-fluid(VOF)多相流模型,模拟均热板槽道内丙酮工质的气液相变过程,以及与液冷流道的耦合传热过程,并将模拟结果与实验结果进行了对比,验证了模型的正确性。研究结果显示,均热板可以提高液冷系统散热过程中的均温性,加热表面的温差可以控制在2.72 K以内。通过机理分析发现,其原因与均热板内部气液工质的热质传输过程有关。在液冷系统冷却液沿程温升的影响下,均热板腔室中的丙酮气相工质在长度方向上存在定向输运现象,相变产生的蒸汽会携带热量从高温区往低温区流动,从而抑制液冷板低温冷却水对加热表面温度分布的影响,提高了均温性能。