大型相变热交换器壳程蒸汽流动数值模拟

在大型相变热交换器壳程添加纵向导流板结构,采用Fluent软件对壳程蒸汽流动进行数值模拟计算,分析研究纵向导流板尺寸对热交换器壳程流场分布、阻力性能、传热性能及综合性能的影响规律。数值模拟结果表明,因纵向导流板使蒸汽纵向冲刷管束,充分利用整个管束区进行热交换,故热交换器壳程蒸汽流场分布及换热效果较无导流板更好。采用纵向导流板结构可显著降低热交换器壳程压降、明显提高热交换器传热系数,使热交换器的综合性能得到有效提高。     

空气预热器管程流场分析与结构优化

利用FLUENT软件,对中国石化某分公司空气预热器的管程流场和管束流量进行了详细的模拟分析,并对转向室及导流板的结构进行优化设计.结果表明:对于空气预热器管程,空气在同一管段和转向室内流动十分不均匀,虽然转向室内设置了导流板,但是受气体流动惯性力作用,流动仍然不均匀,局部区域出现了涡流.通过改变转向室尺寸、导流板的位置和偏转角度,改善流体在转向室的流场分布等结构优化改造后,流体在空气预热器转向室分布的均匀程度明显提高,从而减少了涡流和振动的产生,提高了空气预热温度.     

管壳式换热器传热效率影响因素及数值模拟分析

多数管壳式换热器基于传统的经验设计方法,换热器质量大且能耗高。鉴于此,采用Fluent仿真模拟的方法,研究了换热管类型、折流板间距、折流板切率变化与换热器对流传热系数的关系,并用HTFS工程软件进行了模型验证。研究结果表明,采用特型管(如波节管和波纹管等)代替光管,可以增强管内流体扰动,提高湍流程度,增大管程对流传热系数,但同时也增大了压降;折流板间距越大,壳程对流传热系数越小,压降也越小,当折流板间距为330 mm时,换热器最高效,此时换热器在较小的压降下可以获得较大的对流传热系数;折流板切率越大,压降越小,当管束错流流速与折流窗口流速相等时,壳程对流传热系数最大,折流板切率35%为最优值,换热器效率最高。最后提出了管壳式换热器优化设计方法,将优化设计的换热器用于某化肥厂氮氢气压缩机级间冷却,同等热负荷条件下换热面积减小了21.37%。研究结果为换热器的结构参数优化提供了依据。     

大型加热炉管板加筋肋的结构优化

常见对流室中间管板的加筋肋结构为直线型,方便设计与制造,随着加热炉对大型化的不断要求,对流盘管数量增多,对流室宽度增加,波浪型加筋肋结构逐渐受到设计人员的青睐。使用有限元软件ANSYS对直线型和波浪型两种加筋肋结构的管板分别取不同区域进行应力分析,观察各自的受力特点,发现波浪形加筋肋管板的应力分布比直线形加筋肋的应力分布更为均匀,除了最大应力值出现的位置外,其余位置处波浪形加筋肋管板的受力情况均更好。     

折流板换热器的数值模拟及场协同分析

在PHOENICS—3 .5 .1程序的基础上, 采用多孔介质模型, 以及体积多孔度、表面渗透度和各向异性的分布阻力来处理换热器内的管束; 用分布热源考虑管侧流体对壳侧流体的影响,对单弓形折流板换热器的壳程流场和温度场做了数值模拟。结果表明: (1) 采用换热器三维流动计算模型和k—ε湍流模型能较好地模拟折流板换热器内的流场分布; (2) 通过数值模拟可直观地了解换热器内的流动状态, 确定换热器的高、低速区和旋涡区。低速区和旋涡区换热效果差,管子易结垢, 而高速区换热效率高, 但管子易被冲蚀, 且阻力较大, 应予改进; (3) 换热器中间段的场协同性较好, 出入口处的场协同性较差, 应尽量减小其结构尺寸, 或采用导流筒式结构。     

某600 MW机组SCR脱硝系统导流装置设计与分析

氮氧化物排放标准日趋严格，煤电机组的脱硝系统需要升级改造。针对某600 MW煤电机组SCR脱硝系统的烟道流场，采用数值模拟分析方法，发现整流格栅下侧流场的横向分布不均匀程度较高，以第1层催化剂上方0.5 m处截面作为计算对象，速度偏差达到28.1%；为改善流场均匀性，设计了弧形导流板和圆柱导流杆两种导流方案。结果表明，弧形导流板优化效果有限，会造成紊流现象；圆柱导流杆优化效果较好，速度偏差降低至11.2%，且流线倾角较小，满足设计要求。最后对改善NH₃相对浓度分布提出了建议。     

基于CFD数值模拟的换热器外导流筒结构选型

管壳式换热器壳程流场均匀分布能够改善传热效果,外导流筒的合理选型对流场均匀性有重要影响。然而,外导流筒结构多样,其选型设计多依靠经验,缺乏指导性方法。鉴于此,以筒体直径2 200 mm、入口接管外径720 mm的竖直管降膜式蒸发器换热段为研究对象,设计了外导流筒,建立了3种结构的三维实体模型。基于CFD数值模拟的方法,以平均速度和流场均匀性为衡量指标,研究了3种导流筒结构壳程纵截面和入口截面的流体分布效果,证明了外导流筒合理选型确实能够改善换热器壳程流场均匀性。定性结合定量分析得出:变截面圆弧过渡式外导流筒平均速度相对合理,流场均匀性最佳,是较适宜的导流筒结构。研究结果对外导流筒的选型设计具有重要意义。     

杆式防冲结构对管壳式热交换器性能的影响

传统防冲结构--防冲板因其结构简单、适用性强等优点应用非常广泛,但是防冲板的引入也带来了热交换器壳程压降增高以及热交换器综合性能系数降低等问题,通过对防冲结构进行改进以提高热交换器综合性能,减少其能耗损失具有重要意义。采用美国HEI设计中提到的防冲杆作为防冲结构,通过建立相应的物理模型,分别对加装防冲板和防冲杆作为防冲结构的管壳式热交换器进行数值模拟,比较2种不同防冲结构对壳程流场的影响。研究结果表明,在所研究的进口流速范围内,管壳式热交换器防冲杆结构相比于防冲板结构,壳程平均传热系数仅降低0.9%,壳程压降平均降低20.48%,综合性能系数提升23.35%。     

缩放管夹套间传热性能研究及场协同分析

对缩放管夹套间空气强化传热进行了数值模拟和试验研究,并从场协同角度研究了缩放管强化传热机理。结果表明,在流体的收缩段,速度场与温度梯度场的夹角较小,在流体的扩张段,两者的夹角接近90°,因此流体收缩段的场协同程度比扩张段好;在相同条件下,3种强化管的平均传热系数均大于光管,缩放管2的传热系数稍大于缩放管1,横纹管的最小;缩放管的传热系数在凹槽开始和结束时均出现峰值,在凹槽结束位置其值最大;缩放管凹槽前后的温度梯度与速度场之间的夹角较小,场协同程度较好。因此,缩放管有较好的综合传热效果。     

管束末端结构对陶瓷膜过滤器流场分布特性的影响

基于Fluent 17.0软件，数值模拟分析了膜管管束末端板直径以及上、下2块末端板之间的距离不同时陶瓷膜过滤器的流场和压力场分布情况，归纳了各几何参数对陶瓷膜过滤器速度分布和阻力的影响规律。分析结果表明，随着膜管管束末端板直径的减小，末端板周围流体的流速呈减小趋势，陶瓷膜过滤器内流场的压降降低，流动阻力减小，末端板直径为86 mm时流场的流速分布最均匀；2块末端板之间的距离对陶瓷膜过滤器内流场的影响不大，末端板之间距离的增大可以减小两板之间的流动死区，陶瓷膜过滤器进出口压降小幅降低，末端板周围流体最大流速先减小后增大，末端板之间距离为20 mm时流速最小，流动均匀性最好。     

基于CFD的中心龙卷流型搅拌槽数值分析

中心龙卷流型搅拌槽是一种新型高效节能的搅拌设备,搅拌混合性能优良。运用CFD方法,对其内部流场进行数值模拟,分析比较了3种结构的导流板对槽内流体流动状况的影响,计算了搅拌功率准数并与已有研究成果进行了比较。计算结果表明:①中心龙卷流型搅拌槽的功率准数较小,节能效果显著。②导流板结构不同,对流场会产生比较大的影响。③导流板Ⅲ可在槽中心形成较为理想的中心龙卷流,有利于固体颗粒的悬浮。     

换热器夹套式变截面导流筒数值模拟与结构优化

采用计算流体力学方法对换热器夹套式变截面导流筒的流场进行数值模拟.通过对一系列不同结构参数的导流筒模型进行合理简化与计算,分析了不同结构参数对流场的影响,模拟结果可作为导流筒结构优化设计的参考依据.     

烧结烟气SCR脱硝系统流场模拟及导流结构优化

选择性催化还原（SCR）技术可以有效解决铁矿烧结烟气排放中NOx不达标问题，实现废气超低排放。SCR反应器内流场、温度、压力和氨氮浓度比等物理场分布的均匀性是决定脱硝效率的重要因素。基于某钢厂出现的脱硝效率低下及氨逃逸问题，考虑脱硝过程中反应器内气体的化学反应，采用FLUENT软件对流场进行了数值模拟，对比分析了SCR反应器内流场、温度、压力和氨氮浓度比等各物理场数值及分布均匀性。通过加装整流格栅和优化导流板结构，极大改善了物理场的均匀性，提高了脱硝效率。结构优化后，第一层催化剂上游烟气流速不均匀性偏差降低为8.48%，温度不均匀性偏差降低为4 K，氨氮浓度比不均匀性偏差降低为4.71%，满足了设计要求。此外，导流板结构的优化应综合考虑导流板数量、厚度、形状和布置间距等因素，且随着烟道上弯头处导流板数目的增加，第一层催化剂上游烟气流速不均匀性偏差逐渐降低，有效改善了反应器内气流分布的均匀性。     

热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化

超长重力热管开采地热能的过程中,热管中下降的冷凝液与上升的热蒸汽易相互碰撞而引发蒸汽带液情况,通过在绝热段增设气液分离器可有效预防这一问题。介绍了新型热管型地热系统中气液分离结构（气液分离器）的特点,采用计算流体力学方法,建立了气液分离器有限元模型并对其外部流场进行模拟。通过在分离器外部空腔内设置螺旋导流板,调节气液分离器入口管高度、偏心距及螺旋导流板板螺数、螺距,进行优化分析研究。设置螺旋导流板后,液体在分离器出口处的流动更加稳定,冷凝水入口与气液分离器出口距离与压降成正比关系,入口管偏心距与内管内壁面切应力成反比关系。螺旋导流板螺数为5、螺距为200 mm时分离器出口液体的均匀性和稳定性最优。     

排气结构对导叶式旋风管分离性能的影响

 通过改变导叶式旋风管排气芯管下端安装的导流锥开缝面积、下口面积及开缝型式等考察了导流锥结构参数对旋风管的压降和分离效率的影响规律，提出了开直缝与开斜缝的组合缝导流锥结构。对安装组合缝导流锥的旋风管的分离性能试验结果表明，旋风管在入口体积流量为1 930 m3/h时，平均分离效率达到91.60%，压力损失仅有8.25 kPa，比较适于工程实际应用，为解决目前旋风管压降较高的问题提供了新途径。     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

大型DJ塔板弓形区的结构优化及流场研究

在1600 mm×1400 mm的矩形塔内以水为物系,对直径9 m DJ塔板弓形区部分区域上的液相流场特性进行了实验研究,并通过计算流体力学(CFD)模拟进行了理论分析,着重研究了在不同溢流强度下导流板和受液区的设置对弓形区流场分布的影响.实验结果表明,液体流量增加,液相流场分布趋于均匀.安装于受液区与液流交会处的导流...     

基于流场分析的Y型对接式压裂管汇布局研究

为提高压裂管汇的使用寿命,在传统的直角对接式布局基础上,设计了一种Y型对接式压裂管汇撬。运用Eulerian-Lagrangian方法与流体分析软件,分析获得不同结构参数下Y型对接式压裂管汇的流场压力、流场速度、冲蚀分布规律,并对Y型对接式布局进行优化。研究表明,随着对接角的增大,Y型对接式压裂管汇的流场压力、速度分布越不稳定,最大冲蚀速率随之减少,平均冲蚀速率随之增大; 在对接四通拐角处设置过渡倒圆后,随着倒圆半径的增大,最大冲蚀速率及平均冲蚀速率随之减小; 在对接角45°、倒圆半径20 mm时,最大冲蚀速率减小37.6%,平均冲蚀速率减少49.7%; Y型对接式压裂管汇的冲蚀速率比直角对接式结构有显著减小,提高管汇使用寿命。     

闭式冷却塔蒸发冷却盘管传热传质性能研究

蒸发冷却盘管在闭式冷却系统中广泛应用,基于Poppe法构建了新型闭式冷却塔蒸发冷却盘管模块的传热传质模型,给出了冷却盘管管内无相变、管内冷凝传热系数、管外膜传热系数、管外喷淋水膜到空气的传质系数以及管内流体和管外空气压降的计算方法和经验公式。采用MATLAB和Aspen HYSYS软件编写了多种工况下的蒸发冷却盘管设计和校核计算程序,将水气逆流模块程序计算结果与Hasan实验台试验结果进行比较,管内冷却水、管外喷淋水膜沿管程的温度分布高度吻合,误差均低于5%。在此基础上分析了管内冷却介质质量流量、喷淋水质量流量、风量和空气湿球温度对蒸发冷却盘管热力性能的影响,得到各运行参数对蒸发冷却盘管总传热系数、冷却效率、运行压降及热负荷的影响规律,可为闭式冷却塔运行优化提供理论依据。     

铝管与钢制管板的粘合胀接及管板背面的防腐

近年来,在小化肥厂扩大生产改造中,碳化塔的改造是一大重点。随着碳化量的增加,碳化塔冷却水箱过去那种把少量U形铝管焊在大铝管上的结构,已远远不能满足塔内冷却的需要了。1980年以来,我厂承制了碳化塔、综合塔达数十台,累积制造冷却水箱600多个。在这些水箱制造中,我们采用了U形铝管与钢制管板粘合胀接及其管板背面防腐的新工艺。这种工艺,在具体应用时其连接方式又有所不同:①胀接后把管端打入钢制锥管结构中,管板背面涂以3毫米厚环氧树脂,见图1(a);②铝管与钢制管板之间只用环氧树脂浇涂(2毫米)粘贴,