核电安全壳内分离式热管蒸发段管束流体流动传热模拟

为了提高核电安全壳固有的安全性,设计了一种使用分离式热管的核电安全壳非能动冷却系统。采用计算流体力学方法对内径为?80 mm的大型分离式热管蒸发段管束内的流体流动与传热特性进行了模拟,得到了蒸发段管束内流体的流型以及不同因素对蒸发段管束内换热的影响。数值模拟结果表明,大型分离式热管蒸发段管束中流体的主要流型为混搅流;管内的汽泡带动液态水向上流动,部分液态水回流并冲刷壁面,换热管中心的流体流速要大于管壁附近的流体流速;在蒸发段倾角为50°～90°时,倾角越大换热效果越好,管间距取管径的1.75～2.25倍时,管间距越大换热效果越好。     

分流栅强化管传热与流体流动数值模拟

对于传热管内湍流,特别是带有管内插入物的湍流,其管内流体的流动细观信息和强化传热机理还不十分清楚。为此,提出一种分流栅新型管内插入物强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同分流栅设置间距时管内流体的传热及阻力降性能,并与光管进行了对比。结果表明,内插入物促进核心流体与边界层流体的混合,减薄层流底层,强化了对流传热,并增大了换热面积;同时,由于内插入物的影响,管内流体的阻力降显著增加。在研究范围内,插入物分流栅设置间距为50mm时强化管综合性能最佳。     

内置左右旋螺旋叶片转子换热管强化传热实验

在传热及阻力特性实验装置上对内置左右旋螺旋叶片转子换热管的传热及阻力特性进行实验。换热实验管段是由2 m长的外管(φ57 mm×3.5 mm)和内管(φ25 mm×0.5 mm)组成的套管。实验结果表明,内置左右旋螺旋叶片转子换热管的努塞尔数(Nu)约是光管的2.5倍,阻力系数(f)约是光管的2倍;间距比为2的内置左右旋螺旋叶片转子换热管的Nu最大,间距比为3的次之,间距比为1的最小;间距比为1的内置左右旋螺旋叶片转子换热管的f最大,间距比为2的次之,间距比为3的最小;间距比为3的内置左右旋螺旋叶片转子换热管的综合性能最高,间距比为2的次之,间距比为1的最低。     

空间锥形螺旋弹性管束换热特性数值分析

基于有限差分方法,结合数值模拟技术分析了空间锥形螺旋弹性管束的结构参数对其换热特性的影响规律,通过与文献中试验数据对比将误差控制在5%以内。在此基础上,从对流换热场协同理论出发,计算了空间螺旋管束管内速度、速度梯度、温度梯度和压力梯度各矢量间的协同关系,通过对3种协同角对比分析了管束的强化换热特性、压降特性以及综合性能。结果表明,空间螺旋弹性管束的锥度对其换热特性影响较大,而螺距对其换热特性的影响可以忽略;另外,与内插细杆强化管相比,空间螺旋弹性管束的综合性能显著提高。     

基于CFD的圆肋翅片管结构优化

应用数值模拟的方法对不同翅片角度、不同翅片间距的伞形翅片管通道的流动与换热特性进行了研究,以正方形布管时4根管所包围区域为单元流道进行计算。结果表明。在文中尺寸条件下,壳侧流体的换热性能随伞形翅片角度α的增加而增大,其中α=120°时的换热性能在几种伞形翅片管中最优,阻力损失相对较小;α=120°时,不同翅片间距的伞形翅片管中,翅片间距为16 mm的伞形翅片管的换热性能因子j较翅片间距为8 mm的伞形翅片管提高12.3%,阻力特性因子f较翅片间距为8 mm的伞形翅片管增大27.8%。对不同角度以及不同翅片间距的伞形翅片管通道换热与流动阻力特性的研究,对优化现有翅片管的结构、提高换热性能具有重要意义,并对管型选取提供依据。     

内置洁能芯换热管强化传热数值模拟研究

从数值模拟的角度,采用CFD流体分析软件Fluent6.0对洁能芯进行流动特性与传热特性的研究,参照洁能芯强化试验进行模拟,将试验结果与模拟结果进行比较。结果表明,内置洁能芯换热管内流体流动由通常的直线流动变为有规律性的三维螺旋线旋转流动;在转子的作用下热量传递有效增强,换热速率较快,换热管的表面传热系数在整个管长方向分布比较均匀,说明流体被充分地混合,传热效果较好;内管流体沿管长方向温度均匀下降,整体变化了3℃左右。     

缠绕管式换热器并管壳程换热数值研究

本文通过建立单元几何模型,利用流场模拟软件,结合MATLAB编程软件进行研究分析,研究管径和层间距对缠绕管式换热器并管的壳程换热性能的影响。结果表明：换热器壳程的努塞尔数、摩擦阻力系数和综合换热性能随管径的增大而增大,随层间距的减小而增大;在其他结构参数一定的条件下,壳程流体流速超过一定值时,并管的换热效果要优于非并管的。采用模拟计算和编程计算相结合的方法,为缠绕管式换热器并管壳程换热性能的研究和优化设计提供参考。     

内插自振弹簧换热管传热性能试验研究

对6种不同几何参数的内插自振弹簧换热管和光管的传热及阻力特性进行了试验研究,结果表明,内插自振弹簧换热管的存在增加了对流体流动的扰动,破坏了管内侧的层流层,起到了扰流作用,提高了换热管的换热能力。内插自振弹簧换热管强化传热综合性能Nu/ξ1/3是光管的1.03～3.21倍,强化传热综合性能优于光管。     

烟气余热锅炉换热段流体流动数值模拟

采用数值分析软件对烟气余热锅炉烟气侧的流场及压降特性进行数值模拟,得出烟气余热锅炉不同换热段的压力场和速度场分布以及不同换热段的压力损失,将计算值与实测值进行对比,分析了不同换热段的流动状态及造成不同流动形式的影响因素及作用。研究结果表明,在介质流速及物性一定的情况下,当同排换热管间距减小到一定程度后,在管排背风侧形成流动死区;当相邻2排换热管(错排、正排)间距增大到一定程度时,烟气在2排管之间形成漩涡,最大流速出现在管束背风侧。     

微型自然对流换热器性能数值仿真

通过CFD对微型自然对流换热器(Micro natural convection heat exchanger,全文缩写为MNCHE))的性能进行耦合仿真,模拟耦合换热过程中自然对流过程中速度、温度、传热速率等信息,分析换热管结构、管内流速等因素对自然对流换热性能的影响。结果表明:同类型换热管条件下提高管内流速对增加自然对流速度及传热速率影响:0～0.75m/s范围内效果明显;在0.75～1.00m/s范围内效果减弱;超过1.0m/s无影响;自然对流速率最高为16mm/s、传热速率最高为236w;不同类型换热管中,螺旋半径小的换热管自然对流换热效果好。     

基于正交试验设计的盘球附体抑涡试验研究

为探究盘球附体尺寸和布置形式对海洋立管涡激振动的影响,对盘球附体这一新型海洋立管涡激振动抑制装置进行了试验研究。考虑盘球附体布置的螺距、螺纹数、盘球附体直径及1个螺距内的盘球数量等4个因素,每个因素设计了3种水平。采用正交试验设计法生成了9组立管试验模型,测量了9组立管模型的横流向应变RMS值、顺流向应变平均值以及横流向振动频率,并将这些结果与不带附体的裸管模型试验结果进行比较。研究结果表明,合理布置的盘球附体能够降低立管模型横流向应变RMS值和频率,但不会增加阻力。利用正交试验表评判了盘球附体布置的各因素对涡激振动横向振幅的影响,发现螺距是影响盘球附体抑涡效果最重要的因素,当螺距较小、1个螺距内盘球的数量较多时,盘球附体可能达到较好的抑涡效果。研究结果可为盘球附体优化设计及提高盘球涡激抑制效果提供一定的参考。     

不同扭距扭曲管管内流场的数值模拟

通过运用计算流体力学(CFD)三维数值模拟的方法对比研究了不同扭距的标准椭圆截面扭曲换热管内流动特性,分析了相同设计参数下,不同扭距扭曲管对换热性能的影响。结果表明:以单位压力损失下的传热系数(α=K/(ΔP/L))大小作为衡量换热管内性能的标准,扭距为8至9倍长轴当量直径时,在相同入口流速和出口压力条件下,使得换热器换热管内综合性能达到最优。这对扭曲管换热器工程应用的优化设计和科学研究提供了参考依据。     

换热管爆炸胀接的实践

深度胀接是换热器制造技术中的一道难题 ,采用传统的滚柱式胀管器根本无法胜任 ,目前较为可行的技术有橡胶胀管和爆炸胀管。但是 ,针对使用最普遍的 1 9mm× 2 mm(或 2 .5mm)换热管的深度胀接 ,国内尚没有开发出定型的橡胶胀管器 ,而爆炸胀接一般情况下只适用于管径大、壁厚厚、材料强度高的特殊场合。独山子石化总厂炼油化工建设有限公司今年承制的换热器 ,其中氨冷凝器换热管为 1 9mm×2 mm,2 0号钢 ,管板厚 76mm,共有管口 6738个 ,技术要求为贴胀加强度焊 ;甲烷化炉入口加热器换热管为1 9mm× 2 .5mm,1 5Cr Mo,管板厚 1 80 mm,管…     

内插自旋直齿扭带换热管压降及流场数值模拟

为了直观地描述内插自旋直齿扭带管内压降及流场的特性,建立了以水为介质的内插自旋直齿扭带换热管内流场的计算模型,采用RNGk~ε湍流模型对管内压降及流场的特性进行数值模拟研究。计算结果表明,扭带管的压降Δp与流体的流速u成抛物线关系,压降随着流速的增大而增大,并且大于空管的压降;扭带管的流体呈有规律的三维螺旋状流动,且存在二次流,扭带的直齿结构增强了流体的湍流程度;在近管壁区域,扭带管的流体轴向速度比空管平均提高幅度在33.05%~35.17%。     

垂直-倾斜组合立管中催化剂下料特征分析

以催化裂化装置典型的垂直-倾斜组合立管(Φ80 mm×3600 mm)为研究对象,通过试验分析在不同催化剂质量流率下立管内催化剂颗粒的流动状态及其演变过程;并通过分析立管内轴向时均压力和动态压力特性,对催化剂颗粒的流态进行辨识.结果表明:随着催化剂质量流率的增加,立管内催化剂颗粒由稀相流态过渡为密相流态,轴向压力梯度逐...     

高效螺纹管结构优化数值模拟

现有文献大多研究管内单向螺纹管的结构参数对其传热性能及流阻的影响,鲜有报道关于交叉螺纹管的研究。鉴于此,通过数值模拟的方法在雷诺数3 000～40 000范围内,对比分析了18种高效螺纹管的传热性能受螺纹深度、螺旋角度和螺纹间距的影响。分析结果显示:高效螺纹管由于交叉螺旋线使得壁面产生一定的宏观变形,进而产生一个持续的湍流导致边界层减薄,管内螺旋线并没有使管内流体产生旋转流动,管内平均ηu(切向分速度与初始速度的比值)几乎为0; 6#管(螺旋角度为25°,螺纹深度为1. 0 mm)的强化效果最好,但流阻系数也随着雷诺数的增大而变大;高效螺纹管螺旋角的最佳范围在20°～30°,在此区间内较小的螺纹深度会得到较大的努塞尔数。研究结果可为高效螺纹管的结构设计及制造提供参考。     

气体缩放管传热优化及其肋高确定

对光滑圆管与粗糙管内的湍流流动及传热边界层进行了分析,通过实验比较了三种不同肋高（1.1,1.25,1.6mm）的气体缩放管的热阻力性能以及传热综合因子随雷诺数（Re）的变化关系.结果表明,在气体换热的场合下,在直径为44mm的缩放管中,肋高为1.25mm时,粗糙高度与流动过渡区的厚度相当,可获得缩放管的最佳综合传热性能,其传热性能与肋高为1.6mm的缩放管相当,而阻力与肋高为1.1mm的缩放管相比升幅不大;肋高为1.1mm的缩放管未能对边界层造成充分扰动,强化传热性能不佳;肋高为1.6mm的缩放管对湍流主区产生了扰动,阻力升幅过大.     

空冷器管束流量分布数值模拟及导流设计

以空冷器管组为工程背景,取换热管规格为Ф19 mm×1.5 mm、Ф25 mm×2.5 mm和Ф32 mm×3mm,管长分别为3、6和9m为例,以空气和水为流动介质,用Fluent软件对上述9种管组进行数值分析,得到了9种管束的流量分布及压降。结果表明,管束流量分布的均匀性随管径的减小而增加,随管道加长而增加,即随着管束压降的增大而增加;介质和重力对管束流量分配均匀性的影响可忽略。对均流效果较差的管组模型在管箱入口加装几块短导流板,可提高管束流量分布的均匀性。     

翅片空冷器内外侧流体流动数值模拟与特性分析

采用FLUENT软件对电站空冷器内外侧的流场及压降特性进行数值模拟,得出随着通道宽度的减小,基管部分管内压降增加较快,建议采用14mm的基管尺寸为佳;翅片部分随着迎面风速的增加,流体阻力显著增加;翅片管间距变大,则间隙部位易形成空气旁路,不利于传热。与实验数据对比发现,FLUENT结果可参照使用。     

高温高压气井测试管柱的横向振动与稳定性

从测试管柱内的气流流动诱发管柱横向振动与管柱稳定性的角度进行了分析。根据汉密尔顿(Ham ilton)原理推导了输送天然气的测试管柱横向振动方程,给出了测试管柱横向振动频率与失稳的临界速度计算方程,并讨论了管内流体流速对管柱的振动频率和稳定性的影响。结果表明,天然气在管柱内流动对管道的振动频率和稳定性有较大影响,管柱横向振动的固有频率取决于管道的抗弯刚度EI、管道的几何参数(跨距L、过流面积A)、管内流体密度ρ和流速v,且随着管内流速v、跨距L的增加,管柱横向振动频率呈下降趋势;高温高压气井高流速作用下的实际测试管柱在井筒中可能存在多处失稳,进而导致封隔器失封、测试管柱连接螺纹松扣甚至疲劳断裂等事故。