螺旋扭曲椭圆管换热器壳程数值模拟

以水为介质,采用k-ε模型,用数值模拟方法研究了5种不同结构的螺旋扭曲椭圆管换热器的管外壳程传热与流阻性能,并和采用椭圆管作为换热部件的换热器进行了比较.研究结果表明,螺旋扭曲椭圆管换热器壳程有较好的强化换热特性,螺旋扭曲椭圆管的几何尺寸和流体流动速度对壳程传热与流阻性能有重要影响.通过数值模拟所获得的规律为螺旋扭曲椭...     

基于场协同理论的强化传热综合性能评价因子

从场协同原理出发,提出了基于场协同理论的无因次性能因子来综合评价换热表面的强化传热效果。为表述其正确性,列举了螺旋扭曲扁管及波纹板通道两个例子,进行三维数值模拟,计算了无因次性能因子并将其与传统的强化传热评价因子进行比较,结果表明:两者趋势一致,能够反映换热表面的综合性能,可以将其作为强化传热综合性能的评价参量。     

螺旋槽管换热过程的三维速度场与温度场耦合数值模拟

根据螺旋槽管换热器结构特点及传热特性,建立了以水为工质的换热器流动与传热的三维几何模型。运用有限元分析软件ANSYS模拟出换热器在换热过程中速度场与温度场的状况,分别得到了螺旋槽管内壁与外壁的对流换热系数。结果表明:槽深越大,随着Re增大,换热性能越好;当Re较小时,螺距越大,换热效果降低。其与该类光管换热器相比,得出螺旋槽管的换热系数是光管的2.5倍左右,强化了传热,为此产品的进一步理论研究和推广应用提供了依据。     

螺旋肋片自支撑换热器强化换热试验研究

为了利用螺旋流动强化传热的特性并简化换热器结构,结合螺旋折流板换热器的结构和流体流动特点,开发了一种螺旋肋片自支撑换热器.为了掌握螺旋肋片自支撑换热器的传热和压降综合性能,建立了换热器的试验模型和试验装置.在相同的试验条件下与折流杆换热器进行对比试验,结果表明:当雷诺数Re=6000时螺旋肋片换热器的总传热系数比折流杆换热器提高13.3%,并随着雷诺数增大强化传热效果更加显著;而同时压力梯度却降低了87.5%,并随雷诺数增大二者的压力梯度差值变大.在试验雷诺数2 000～6 500的范围内,螺旋肋片换热器的综合性能K/▽P值是折流杆换热器的1.4～2倍.可见,螺旋肋片换热器具有较高的传热系数和较低的压降,因而具有良好的发展及应用前景.     

内燃机车热交换器传热强化的研究

对国内现有内燃机车用热交换器的传热机理和结构进行了分析、比较和研究,指出热交换器传热强化应采取的措施,并针对光管热交换器、螺旋扁管热交换器、螺旋隔板热交换器作了性能对比研究,指出螺旋隔板热交换器具有较高的冷却能力。     

螺旋椭圆扭曲管换热与流阻特性的数值模拟

对直椭圆管、单向螺旋椭圆扭曲管和双向螺旋椭圆扭曲管换热器进行数值模拟和分析,对三种椭圆管的换热与流阻特性情况进行了比较。结果表明,在层流区与过渡区内,双向螺旋椭圆扭曲管的换热性能和综合性能都比直椭圆管和单向螺旋椭圆扭曲管好,但流动阻力较大。     

PCS换热器螺旋结构强化换热数值研究

为了优化非能动热量导出系统（PCS）的设计,提高其换热性能,从而进一步提高PCS系统设计的安全性和先进性,采用数值分析的方法对光管、螺旋扁管和螺旋翅片管的冷凝传热特性进行研究。结果显示：在高含量不凝气条件下,螺旋翅片管的换热性能最强,螺旋扁管次之,光管最差。研究表明,PCS换热器采用螺旋翅片管能够强化换热效果。     

螺旋槽管束管外对流换热特性的数值模拟

针对烟气横掠顺列螺旋槽管束外侧的流动传热问题,利用CFD技术、通过改变顺列螺旋槽管束的横向、纵向间距、螺距、槽深等结构参数,对烟气横掠螺旋槽管管外的流动传热特性进行数值模拟,分析多几何参数对螺旋槽管管外流动传热特性的影响,得出强化传热的原因和合理的结构参数。研究表明:螺旋槽管束管外传热特性数Nu比光管管束高7%-20.6%;随横向间距的增大,管外传热特性数Nu减小,烟气流动阻力也随之减小;纵向间距的增大使管外传热特性数Nu和烟气流动阻力均增大;增加螺距或减小槽深都可以强化换热,但烟气流动阻力也会增大;综合考虑,螺旋槽管束的横、纵向间距分别取s1/d=1.75-2,s2/d=1.5-1.75,螺距P取25-30 mm,槽深e取0.4-1 mm。     

传热强化管管内熵产分析与热力性能评价

根据热力学第二定律,对传热强化管管内热力过程进行熵产分析,建立了基于流动与传热过程熵增原理的管内传热熵产方程,导出恒热流和恒壁温2种常见工况下的无因次熵产数表达式.在不同雷诺数和进口温差条件下,对2种螺旋槽管和光管进行恒壁温工况的熵产分析和热力性能评价,分析了传热和流动摩阻引起的熵产变化规律及2种不可逆损失占总熵产的份额.结果表明,熵产分析可用于评价传热强化管的综合热力性能,确定合理的运行工况、结构参数及强化换热形式,为强化管的应用评估及优化设计提供参考.     

双向扭曲管传热与流阻特性及其多目标优化

以水为工质,对双向扭曲管湍流状态下传热与流阻特性进行数值计算和准确性实验验证,分析了其强化换热机理及截面尺寸a与导程S对其传热流阻的影响,并在其基础上对双向扭曲管结构参数进行多目标优化以及努塞尔数和阻力系数的关系式拟合。结果表明:相同工况下,双向扭曲管的综合换热性能优于光管和扭曲管,在Re小于20 000时具有较好的强化效果,且高出扭曲管3.92%;流体旋转流动的方向周期性改变,进一步强化了对流传热;当a增加到一定程度,管内的湍流程度不再增加;相同Re下,η、Nu和f对导程S的变化反应较灵敏。在Re=2 300～20 000、介质为水时,拟合关系式具有较高的准确性,且通过优化得到了结构的最优组合。     

三维变形管与三维内肋管在管式空气预热器上的应用研究

本研究对比分析了三维内肋管及三维变形管的结构特点和强化传热机理,在相同工况下,揭示了光滑圆管、三维内肋管及三维变形管用于管式空气预热器时的传热性能和流动阻力性能,三维内肋管和三维变形管传热性能均优于光滑圆管,三维变形管管内传热系数和流动阻力系数随短长轴B/A的减小而增大,三维内肋管可增加每米肋数、肋宽和肋高以强化传热效果,但流体流动阻力也将增加,低Re下,三维变形管管内综合传热性能优于三维内肋管,三维变形管管外自支撑而防止管束振动的特点可以实现在管内外的冷热流体纯逆流动,提出一种传热温差高的逆流三维变空间管式空气预热器,在相同工况条件下,空气预热器重量减轻,体积减小约65%,节省大量的生产和运输成本以及安装空间,三维变形管空气预热器在烟气余热利用中具有推广应用价值。     

波壁管几何尺寸对流动与传热特性的影响

基于数值模拟的方法,分析在低雷诺数下波壁管波形变化对流体流动与传热特性的影响,并分析了相同功耗下波壁管的综合传热性能。结果表明:波幅和波长变化对波壁管传热均有影响,强化效果与波幅成正比,与波长成反比;当功耗相同时,小波幅的波壁管有较好的综合换热效果,大波幅的波壁管强化传热以较大能量消耗作为代价;雷诺数大于2 000时,增大波长能达到较好的综合换热效果。     

强化管内沸腾换热实验研究

主要研究在低过热度下微槽对流动沸腾换热特性的影响,分别以单工质甲醇和甲醇与甲苯的混合物为工质对不同流量情况下光管、直槽管和螺旋槽管的流动沸腾换热特性进行了实验研究。研究结果表明：对单工质甲醇来说,螺旋槽管可以明显起到强化传热作用,而且流量越低,强化传热效果越明显。对混合工质来说,当流量较低时,螺旋槽管强化传热效果不明显,而在流量较高时,强化传热效果比较明显。无论是单工质还是混合工质,直槽管在实验所能达到的壁面温度条件下不能起到明显的强化传热效果。还给出了螺旋槽管强化传热的定性解释。     

扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。     

圆管螺旋流的流动与传热数值模拟

针对工程中常见的圆管流,采用切向引入装置使流体产生旋转流动,通过建立圆管螺旋流的三维模型,采用RNG-模型对管内流场进行了数值模拟,获得螺旋流的速度场以及强化传热特性。研究入口不同速度对强化传热性能的影响,为旋流强化传热装置的应用提供了必要的依据。     

扭曲椭圆管强化传热的场协同分析

以高效传热的扭曲椭圆管为研究对象,建立了不同的扭曲周期的扭曲椭圆管的几何物理模型,采用CFD技术对以水为流体的扭曲椭圆管及相应的椭圆管内进口段的流动传热情况进行了数值模拟,获得各管道的速度场、压力场及温度场,并基于场协同原理对其速度与压力梯度的协同效果及速度与温度梯度的协同效果进行分析和比较,获得椭圆扭曲管内流体流动的换热效果及阻力损失的影响因素及其强化传热的机理,为换热器应用中扭曲椭圆管的优化设计和科学研究提供参考依据。     

基于周期流模型的螺旋板换热器流动换热特性数值模拟

为了研究螺旋板换热器结构对其性能的影响,为换热器设计提供指导,采用周期流模型对螺旋板换热器流动传热性能进行数值模拟,结果表明:周期流模型适用于螺旋板换热器的流动传热问题;定距柱通过强化对流传热以及冲击换热提高换热器的传热性能;定距柱间距增大或板间距减小会降低换热器传热性能,减小压损;减小流向间距或板间距降低综合性能;横向间距、板间距增大或流向间距减小可提高换热器经济性;换热器传热和压损对横向间距的变化最敏感,而板间距对综合性能影响最大;流向间距对换热器性能影响不明显。     

余隙率对内置扭带换热管传热性能影响的数值研究

为了研究管内插入扭带对换热的影响,建立了余隙率分别为0.1,0.15,0.2,0.25,0.3的内置扭带换热管流体流动的三维物理模型,采用RNGk-ε湍流模型对这几种余隙率的扭带换热管的流动和传热特性进行了数值模拟,分析了插入不同余隙率扭带换热管的换热效果和流动阻力。结果表明,Nu数和摩擦阻力系数均随着余隙率的增大而减小,在低Re数的时候内置扭带有明显的经济性,特别是余隙率为0.1的扭带换热管综合性能最高,强化传热效果最为明显。     

换热管内转子强化换热的数值模拟

本文概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理。分别通过建立光管及内置多个转子换热管的三维流动模型,对换热管内流场、温度场、压力场以及换热过程进行了模拟,得到了管内流体的流动特性和传热特性。对比模拟结果表明,内置转子换热管管内的三维流动比较复杂,转子与管壁之间缝隙内的流体有着明显的环绕流动,切向速度和径向速度也增大到一定范围,转子旋转半径内的流体整体呈螺旋流动。总的来说,内置转子的换热管内较光管有较强的湍流度,尤其是近壁区域,因此强化了管内的对流换热,传热系数显著提高,从而验证了转子具有强化传热和自清洁的双重功能。     

自转清洗扭带管对流传热强化机理的实验研究

具有传热强化功能的自转螺旋扭带清洗防垢技术发展较快。应用激光测速仪LDV(Laser Doppler Velocimeter)实验研究自转清洗扭带管内流体的湍流特性。结果表明：在自转扭带竹带动下,管内流体的流动结构发生了反常态的变化。在近管壁环形区域内流体的轴向分速度明显比管中心区域的高,轴向湍流度比无白转扭带时大;切向分速度随半径的增大而增大,并且存在很大的径向湍流度。这些结果初步说明了自转螺旋扭带管对流传热强化的机理是：管内由扭带带动形成的强制旋流和轴向平行流叠加而形成的螺旋流动,以及近管壁环形区域内流速的增大,不仅加强了边界层流体的扰动以及边界层流体与主流流体的混合,并且使边界层厚度减簿,从而才使管内的对流传热得以强化。本文试验研究的结果为自转螺旋扭带管内对流传热强化机理的深入理论研究提供实验基础。