基于最小熵产的地埋管换热器优化设计研究

对于地埋管换热器,综合考虑传热性能和消耗的功率,建立管内流体的熵产模型。考虑两支管间热短路影响,确定流体沿管长的温度分布。以最小熵产为目标,根据沿埋管深度的温度分布,在不同换热负荷条件下,确定地埋管换热器的最优长度和管径随流量的变化关系,换热负荷确定时,埋管的最优管长随流量增加而减小,地埋管的最优管径随流量的增加而增大。在流量一定的条件下,埋管的最优管长随换热负荷的增加而增加,最优管径随换热负荷的增加也相应增大。以青岛市某实验室土壤源热泵系统为例,分析最优长度和管径对换热效能及系统性能的影响。     

水平螺旋管式换热器的流热耦合传热特性研究

针对轴封式核主泵的水平螺旋管换热器复杂的结构特点和特殊的运行环境,采用流热耦合的数值模拟方法分析壳侧流体的流量和温度改变对换热器的流场和温度场的影响,探究换热器壳侧进口参数对换热器内流体流动换热特性的影响规律,并采用相关传热准则数分析换热器强化传热性能。结果表明:水平螺旋管流体受曲率的影响产生离心力,形成了有别于直管流动换热的二次流,速度分布呈内凹的圆弧状,会增强换热器传热效率;随壳侧流速的增加,流体的扰动程度加强,湍流程度提高,同时压力损失无明显变化,换热器传热性能增强;在既定结构和尺寸下,由换热器的传热性能曲线可知,壳侧流量和雷诺数的增加对强化螺旋管传热有显著影响。实际工程应用中可采用适当提高换热器的壳侧流量的方法来加强传热。     

列管式固体氯化钠蓄冷换热器动态分布参数分析

为研究列管式固体氯化钠蓄冷换热器在超临界压缩空气储能系统中的工作性能,将整个蓄冷换热器等效为所有单根换热管的并联,对单根换热管以及管外氯化钠划分微元,对每个微元列出控制方程,根据实际运行时蓄冷换热器在蓄冷、保冷、释冷过程不同的输入参数进行离散求解,最终得到了在蓄冷、保冷及释冷过程中蓄冷换热器不同时刻空气温度分布、氯化钠温度分布、出口质量流量、散热量、局部换热系数、局部换热量等参数。结果发现,空气出口质量流量发生波动,蓄冷时小于进口流量,释冷时大于进口流量;空气在管内进行跨临界流动换热时,在空气温度达到准临界温度时换热系数最大,且由于在准临界温度附近空气比热容先增大后减小,空气温度上升速率先减小后增大;氯化钠初始温度分布的不同导致保冷结束后换热器各位置氯化钠温度变化不同。本文研究揭示了超临界空气在列管式固体氯化钠蓄冷换热器内的流动传热规律,为间接式蓄冷换热器在超临界空气储能中的应用提供了理论基础。     

Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性数值模拟

印刷电路板式换热器(PCHE)在太阳能、液化天然气等领域有广泛的应用前景。为了分析结构参数和运行参数对PCHE Zigzag微通道内超临界甲烷流动与换热特性的影响,本文采用Fluent软件进行模拟研究。数值结果表明,微通道直径越小、质量流速越大、出口压力越小,越有利于微通道内的冷热流体换热,但微通道内的压降也越大。研究成果将为PCHE的优化设计提供重要参考。     

超临界CO2水平细微管内层流流动与换热的数值模拟

对超临界CO2在水平细微管内层流流动与换热进行了数值模拟.给出了冷却和加热条件下,细微管(d＜1.0 mm)内有代表性的速度、温度剖面,以及Nusselt数随流体温度的变化.研究表明超临界CO2在水平细微管内层流流动时,由于流体热物性随温度剧烈变化,浮升力的影响非常显著,加强了管内换热;且由于流体强变物性特点,只要流体和壁面存在温差,速度及无量纲温度分布就不断变化,充分发展流不可能达到.研究结果对超临界CO2高效紧凑式换热器的设计与优化有重要的意义.     

超临界CO2在水平螺旋槽管内冷却换热的数值研究

建立了螺旋槽管的三维实体模型,使用ANSYS Fluent软件模拟了在不同的冷却压力、质量流量以及进口温度下超临界CO2在水平螺旋槽管内的流动与传热特性.结果 表明:流体的整体换热系数随冷却压力的增大而降低,随进口温度变化不显著;随着质量流量的增加,浮力效应所产生的影响降低,局部换热系数的峰值增大.在考虑了流体性质的基...     

基于ANSYS FLUENT的板式换热器性能仿真

板式换热器作为海水淡化设备的关键部件，换热器的结构对于整个设备的正常运行、使用寿命以及海水淡化处理的效果都起着关键作用。但长期以来板式换热器的结构设计主要依赖于经验公式，缺乏可靠的设计分析方法。因此，根据板式换热器的结构，通过质量守恒方程、动量守恒方程以及能量守恒方程建立换热器的能量传递数学模型，采用湍流(RNG k-ε)模型建立质量传递模型。使用ANSYS FLUENT建立了板式换交换器的三维几何模型。并模拟了不同工况下的热力学性能。根据模拟结果分析了压力场、温度场、速度场和流动情况。比较分析了换热器在不同流量和冷热流体温差下的传热性能和阻力性能。为了提高板式换热器的效果可通过增加冷流体的流速和增加冷流体和热流体之间的温差来确保更大的传热系数，从而提升换热器的热交换性能。研究结果为不同工况条件板式换热器使用及设计提供了理论支持。     

利用寒冷空气自然冷量的翅片管式换热器设计与分析

为了充分利用我国西北地区冬季丰富的自然冷量,设计了能够利用冷空气对盐水降温的翅片管式换热器。对换热器进行了结构设计,采用计算流体动力学Fluent软件对换热器空气侧的温度场和速度场进行了模拟,分析了空气流量和盐水流量变化对传热性能的影响。结果表明:当环境温度变化时,换热器空气侧的温度场和速度场整体分布较为均匀;总传热系数随空气流量和盐水流量的增加而增大,但幅度越来越小;实际换热量随空气流量的增加先增大后减小,随盐水流量的增加逐渐增大,但幅度越来越小。     

夹点分析在原油常减压蒸馏换热网络的应用

对常减压蒸馏过程的换热网络进行了夹点分析。得到了各热流体和冷流体在各自温度间隔的热负荷分布情况,绘制了组合曲线和总组合曲线。对于热流体,热端提供的热负荷较大,冷端提供的的热负荷较小,其中热物流减黏渣油(JNZY)对整个热负荷的贡献最大。对于冷流体,需要热负荷的冷流体主要是流体拔头油(BTY)和原油(YY),且集中在中低温度间隔内。组合曲线和总组合曲线说明换热网络热回收接近温差(ΔtHRAT)越小,回收的热量越大,需要的热公用工程和冷公用工程也越少,公用工程投资和冷热公用工程费用将减少,但是由于换热网络接近温差变小,整个换热网络的换热器面积将增大,从而增加了换热器投资,这表明在实际过程中要兼顾换热器等设备的投资成本。不同ΔtHRAT的换热网络,其夹点是变化的。     

旋转状态下工质冷凝换热特性的实验研究

旋转产生的旋转附加力对板式冷凝器通道中流体的流动状态产生扰动,影响流体的换热性能。建立旋转换热实验台对不同转速下板式冷凝换热器的冷凝换热特性进行研究。实验结果表明:随着转速的增加,换热器的换热性能呈现增加趋势。同一工质流量和冷却水流量时,转速在0~48 rpm范围内时,板式冷凝器的总传热系数最大增加幅度37.89%,R22侧换热系数最大增加幅度为27.95%,冷却水侧换热系数增加幅度基本保持在12%左右。综合分析,当转速和流体流量在一定范围内时,转速对R22侧气液两相流体的冷凝换热性能影响较大,对单相冷却水侧的换热性能影响较小。     

多级并联相变管壳式换热器传热性能分析

在管壳式换热器中并联填充多级相变材料或填充单相变材料,比较两种传热装置的传热性能,分析相变材料在两种换热器的换热过程中的熔化特性、换热速率。结果显示：对于相变材料三级并联填充的换热器,相变材料完全熔化时间沿换热内管（热工质流体）轴心往外逐渐增加;在所有相变材料均完成相变之前,其三级并联相变材料的熔融前沿呈曲线状;相变材料三级并联填充的换热器的最高换热速率是单相变材料填充的1.03倍;热工质流体入口温度不变时,增加热工质流体流量可以在一定限度上增加相变材料三级并联填充的换热器的换热效率;但热工质流体流量过大会在一定限度上降低相变材料三级并联填充的换热器的换热效率。     

换热器最佳温度差的研究

在设计和选择换热器时,冷、热流体之间的温度差是首先要确定的参数。本研究表明：在高温换热器中,提高流体间的换热温差,可以减少换热器的面积;而在低温换热器中,较低的流体换热温差有助于热交换品质的改善。通过技术经济对比分析可以得到最佳的换热温差。分析研究了换热器设计中,如其对数平均温差不变,则换热器的热交换性能也不变这个普遍认可的观点。发现：即使当时数平均温差相同时,热交换过程的ｙｉｎｇ的损失也和流体进、出换热器两端的温度差之比有关。在相向流动的换热器中,热流体进口处的最佳温差值应该比其在冷流体进口处的值要大,热流体的比热容应该比冷流体的比热容要小。对于一个给定的热交换过程,可以应用本文所得的热论确定换热器两端的流体温差的最佳关系式或冷、热流体比热的最佳比率。     

基于TRNSYS的地埋管/换热水箱复合冷热源运行特性分析

针对地下工程水环热泵空调系统,提出采用地埋管与换热水箱并联的方式作为复合冷热源,可同时实现红外伪装和节能要求。为探讨该复合冷热源系统的运行换热特性,基于TRNSYS软件建立地埋管、换热水箱数理模型,首先对流体流速、进口温度等影响因素进行模拟分析,结果表明:在小流速情况下,增大流体流速可明显提高地埋管和换热水箱和换热效果;管内、外换热温差越大,换热器换热效果越好;在相同流速下,螺旋盘管的传热系数DN15DN20DN25DN32。随后针对3种不同平、战负荷比工况,对复合冷热源的流量配比进行优化分析,结果表明:只要流量配比控制适当,复合冷热源可满足战时空调系统的供冷需求。复合冷热源之间存在最佳流量配比,β值越大,最佳流量配比的值越小,且不受环路流量与进口水温变化的影响,当β为1.0、1.5、2.0时,最佳流量配比依次为4/6、3/7、2/8。     

超临界压缩空气储能系统蓄冷换热器优化设计

蓄冷换热器是超临界压缩空气储能系统的一个重要组成部分.为探究蓄冷换热器中设计尺寸参数对蓄冷装置加工和蓄冷性能的影响,以固体氯化钠颗粒作为蓄冷材料设计了一种超临界压缩空气填充床式蓄冷换热器.根据系统的要求参数和压力容器尺寸的约束方程,以罐体质量和加工成本最小、冷量损失最小和蓄冷效率最高为原则对10 MW蓄冷换热器的整体尺...     

塔烟内直冷管束换热性能数值分析

通过建立几何、计算模型,对不同环境风速、温度和热负荷进行了塔烟内换热器换热性能的数值计算,得到了不同场的变化规律,并根据换热器出口面的风量和风温的变化,对影响换热性能的因素进行了分析。结果表明:换热器的换热性能与风速、布置位置、环境温度及热负荷等因素的有关。随环境风速增加,各换热器通风量下降;迎风布置的换热器通风量最少,背风侧的最大;环境温度高,热负荷小,各换热器通风量少;环境温度低,热负荷大,换热器通风量增加。换热器通风量越多,其换热性能越好,反之亦然。因此,换热器布置在烟囱内外筒间的夹层空间内,能够满足冷却一定的热负荷的要求。     

金属泡沫平板结构内对流换热的数值研究

基于Brinkman-Darcy模型和两方程模型,本文对流体在金属泡沫平板通道内的强制对流换热进行了自编程数值模拟,采用体积平均法对流体在金属泡沫内的流动和换热进行宏观处理。模拟结果表明：流体主流速度随孔密度增大而减小,随孔隙率增大而增大;流体相和固体相之间的局部对流换热系数随孔隙率和孔密度增加而增加,金属泡沫对流换热性能随孔隙率增大而减小,随孔密度增大而增大。金属泡沫强化换热的效果十分明显,可以应用于需要强化换热的紧凑式换热器和散热器。     

螺旋盘管式水-水换热器传热与流动特性实验研究

对螺旋盘管式换热器的特性及国内外研究状况进行了综述,对一种新型的螺旋盘管式水-水换热器进行了传热与流动特性实验研究。实验结果表明,传热系数随冷、热水流速的增加呈现先增加后明显趋缓的变化,存在比较经济的流速数值;实验拟合得到管外流体的对流换热准则关系式,并且得到了一定流速范围内管程和壳程流体压降与流速的关联式,为螺旋盘管换热器的研究及产品设计提供了参考与依据。     

带有横向微沟槽的矩形通道内超临界液化天然气换热强化特性模拟研究

提出了一种用于超临界液化天然气换热的微小通道换热器整体性能提高的被动式强化技术并进行了数值模拟验证和设计优化。在普通的矩形微小通道内利用3D激光打印技术在壁面加工横向圆弧形微沟槽以强化换热能力。首先对圆弧形微沟槽的槽深、槽宽和相邻两槽道中心距等几何尺寸进行了优化计算,然后讨论了在使用强化技术后工质温度在跨越临界温度的120.000～250.000 K的换热强化和流动特性,进一步考察了工质温度、质量流量(雷诺数)和进口压力对传热系数(努塞尔数)、摩擦因子和综合效益系数的影响。此外,通过微沟槽附近的局部流动特性分析强化换热机理,数值模拟结果表明带有横向微沟槽的紧凑式换热器的综合换热效益得到30%左右增加,显示了优异的换热强化综合效果。     

带有横向微沟槽的矩形紧凑式通道换热器内超临界液化天然气工质换热强化特性模拟研究

提出了一种用于超临界液化天然气换热的微小通道换热器整体性能提高的被动式强化技术并进行了数值模拟验证和设计优化。在普通的矩形微小通道内利用3D激光打印技术在壁面加工横向圆弧形微沟槽以强化换热能力。首先对圆弧形微沟槽的槽深、槽宽和相邻两槽道中心距等几何尺寸进行了优化计算,然后讨论了在使用强化技术后工质温度在跨越临界温度的120K-250K范围内的换热强化和流动特性,进一步考察了工质温度、质量流量（雷诺数）和进口压力对换热系数（努塞尔数）、摩擦因子和综合效益系数的影响。此外,通过微沟槽附近的局部流动特性分析强化换热机理,数值模拟结果表明带有横向微沟槽的紧凑式换热器的综合换热效益得到30%左右增加,显示了优异的换热强化综合效果     

满液型海水淡化蒸发器的换热特性研究

海水淡化装置，太阳能或余热吸收式制冷机中的蒸发换热器目前使用管排外降膜式蒸发方式。如将传热管束紧凑排列置于饱和状态液体中则变为满液式蒸发换热器，利用传热管束间受限空间内早期沸腾强化换热机理，将中小热负荷条件下的自然对流换热转化为核沸腾换热，在间隙尺寸适宜时，其换热性能可能优于降膜式蒸发换热器。该研究以盐水为实验工质，对紧凑传热管束受限空间的沸腾换热进行了实验研究，确认了满液式蒸发换热器也具有很好的换热性能，在中小热负荷条件下甚至超过降膜式蒸发换热器。