自然对流垂直管内插旋流片的强化传热研究

以水为工质,采用Fluent软件,对垂直放置的缩放管内插旋流片的自然对流换热进行了数值模拟分析,对光滑管、光滑管内插旋流片、缩放管和缩放管内插旋流片4种管道的传热情况进行对比,并将模拟值与实验值进行比较,两者的结果基本吻合。模拟结果表明,4种换热管中,缩放管内插旋流片水的传热系数最大,传热强化综合因子达到4以上;缩放管配合旋流片能加强壁面附近流体的扰动,又能使管内中心流体形成较强的漩涡流,加强壁面与管内中心流体的热量交换;减小速度场与温度场之间的夹角是增强传热性能的一个重要因素,缩放管内插旋流片的场协同角的体积平均值最小,因此缩放管内插旋流片的速度场和温度场协同程度更高,更有利于传热。     

正弦型波纹换热管传热特性实验研究

为满足高效换热器的开发研制需要, 在波纹管的基础上, 改进其表面形状, 提出了正弦型波纹换热管, 并采用套管式传热实验台, 在较低雷诺数 (1 800相似文献   

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。     

板翅式热交换器平直翅片流动与传热性能试验研究

通过空气-水传热试验,对平直翅片的流动传热性能进行了研究。试验结果表明,空气流速2.2~5.6m/s时,翅片间空气侧的对流传热系数为50~141W/(m2·℃),流动摩擦压降为40~90Pa。实现翅片高效换热的空气流速是2.2~3.7m/s,对应的翅片总效率在0.85~0.92。     

内翅片管新型换热器问世

一种高效率、小体积的内翅片管换热器已问世。目前 ,广泛应用的金属管状换热器是通过间壁换热 ,其传输的热量受到间壁面积和传热能力的限制 ,综合传热系数不高 ,一般管状换热器为 15～ 2 0 W/ m2 ·℃ ,管状插入件换热器为 30～35 W/ m2 ·℃ ,管状喷流换热器也仅为 40～ 45 W/ m2 ·℃。一般管状换热器结构庞大 ,空气预热温度低 ,管壁温度高 ,在高温烟气中使用寿命短 ,节能效果受到一定影响。换热器的强化传热措施应加在传热效果较弱的一侧。对管式换热器而言 ,管内放热系数低 ,是导致换热器综合传热系数低的直接原因 ,因此必须强化管内…     

考虑对流换热的水平套管式蓄热体数值模拟

在考虑对流传热作用的基础上,采用数值传热方法建立了十水硫酸钠蓄热材料的凝固/熔化模型,并应用焓法对水平放置的同心套管蓄热体进行了数值模拟,分析了相变传热过程中不同时刻套管内相变材料的速度场和温度场分布,考察了对流换热对传热的影响。研究结果表明,随着蓄热过程的进行,对流换热对传热的影响越来越强烈,不可忽略。对两种可增强对流换热效应的偏心套管式蓄热体和非均匀内纵翅片套管式蓄热体进行了研究,结果表明两种新结构都能较大幅度提高蓄热体性能,缩短放热时间,而且非均匀内纵翅片套管性能更优。研究结果对该类蓄热体在工程实际中的应用具有一定的参考价值。     

竹节强化传热管综合性能数值研究

基于无源强化传热理论,提出一种新型竹节强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同突起间隔及突起高度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,管壁面的扩张与收缩引起流线的弯曲,并造成近壁面流体对壁面的冲刷,产生流体分离,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,同时增大了换热面积;由于管内流体流线的反复变化,流体的阻力降显著增加。对比结果表明,该新型竹节管较光管的综合性能有所提高;数值结果显示出强化管内部流体的速度分布及温度分布细观信息,为强化管的理论分析提供了依据。     

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。     

高温熔盐在螺旋槽管内流动与传热的数值模拟

利用Fluent软件对高温三元熔盐在4种不同槽深螺旋槽管内流动传热进行了三维模拟,揭示了高温熔盐在螺旋槽管内强化传热的机理,分析了槽深、雷诺数Re对螺旋槽管传热性能的影响,并进一步对阻力性能进行研究。采用有限容积法对连续性方程、动量方程和能量方程进行离散,采用标准κ-ε湍流模型,用Simple算法求解压力和速度耦合关系。研究结果表明,螺旋槽管3的管内传热努塞尔数Nu模拟值与试验值随Re的变化趋势一致,最大误差为13.5%,且试验值均比模拟值大;在相同的Re下,管内Nu和阻力系数f随着槽深的增加而增加,传热强化效果越好,阻力损失也越大。     

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。     

模拟深水井筒中流速对传热影响的实验研究

为研究深水低温环境下油气开发过程中井筒内的传热规律,提高深水低温环境井筒内温度的计算精度,以深水油气流动模拟实验系统中的低温冷却传热实验装置为平台,进行了模拟深水低温环境下的冷却传热实验和气液两相流传热实验。根据对流传热准则方程,数据回归得到深水低温情况下的模拟井筒内对流传热关系式。实验结果表明,在模拟深水低温环境下,流体管内对流传热系数主要受流速的影响,且层流时流速对传热的影响更明显;气液两相流时,不同流型管内对流传热系数不同的根本原因是各流型流动结构不同,液体流速是影响传热的主要因素。     

波节管管内流动和传热的数值模拟

利用数值模拟方法并结合场协同理论,考察了工业上4种常用规格波节管的管内流动及传热性能,指出了不同的雷诺数Re以及结构尺寸对波节管强化传热性能的影响.结果表明,在湍流范围内,这4种波节管的强化传热倍数分别可以达到相同条件下直管的1.85～2.4倍、1.55～3.0倍、1.61～3.3倍和1.85～2.4倍,且最佳强化效果均出现在Re=10 000附近.     

内插螺旋弹簧换热管核心流强化传热特性研究

采用FLUENT模拟计算及实验这两种方法,对内插不同圈径螺旋弹簧换热管在核心流区域的传热特性进行了研究,综合分析了内插螺旋弹簧圈径大小对管内速度场、温度场及对核心流强化传热效果的影响。结果显示,在管内核心流区域插入不同圈径螺旋弹簧具有显著的强化传热作用,增加幅度为5%~20%;管内核心流区域插入螺旋弹簧的强化传热效果与插入弹簧的圈径大小以及流体状态有关,存在一个内插螺旋弹簧的最优值。     

LNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟

研究了195t／h开架式海水气化器翅片管的换热过程。利用ANSYS软件建立了挤压式翅片管模型并求解内外表面温度,针对翅片管的结构及温度载荷特点,采用一维管流理论,分析计算了翅片管内外传热过程,给出了其传热系数随管内LNG流速、管外海水温度等变化的特性曲线。结果表明,LNG的流速及海水温度对翅片管的传热过程有显著影响。     

扭曲管管内强化传热模拟分析

为了研究扭曲管管内强化传热表现,通过建立不同结构形式的扭曲管和椭圆管物理模型,利用数值模拟的方法对扭曲管及相应的椭圆管传热传质表现进行了对比分析。研究了扭曲管和椭圆管管内流体N_u、△P和η在Re为200～20 000范围内的变化情况,并分析了结构形式对扭曲管传热表现的影响。结果显示扭曲管可以很好地加剧管内流体湍流、强化管内传热,特别适用于管内流体在低Re数范围内的传热。扭曲比对扭曲管传热有重要影响,当扭曲比S/d_(ei)在15到25的时候,其传热表现最好。     

乙二醇载冷的液化天然气冷能回收换热器传热特性数值模拟

为高效回收液化天然气(LNG)气化过程的冷能,以乙二醇作为载冷剂,建立换热器壳管侧传导换热模型,利用Comsol Multiphysics模拟分析了进口LNG流速、乙二醇质量分数和温度及直径等关键参数对换热器传热特性的影响。结果表明:当LNG流速从0.5 m/s增长到1.5 m/s时,传热系数、热效率、壳侧压降分别增加了7.28%、75.15%、144.83%;进口乙二醇质量分数的增加,使传热系数和热效率下降、压降升高;乙二醇进口温度的增加,使传热系数、热效率以及压降均下降;乙二醇进口直径的增加,使传热系数、热效率、压降均升高。     

结构参数对蜂窝夹套传热性能的影响

为研究工程应用中蜂窝夹套的传热性能问题,采用FLUENT 17.0软件对短管分别按三角形和正方形排列的短管蜂窝夹套以及整体夹套内的流场进行模拟分析,研究不同截面处速度和温度分布情况,比较整体夹套与蜂窝夹套的传热性能,探究不同短管间距s和短管长径比l/d对传热性能的影响。结果表明,三角形排列的短管蜂窝夹套传热效果更好;随短管间距s不断减小,短管长径比l/d不断增大,扰流效果更好且流动死角区域减少,整体温度分布趋于均匀化;在相同条件下,可通过增加短管长度提高传热效果,对工程设计具有一定的指导意义。     

溶液pH值对碳酸钙结垢的影响

换热表面上形成的污垢可使传热效率降低 ,流动阻力增大 ,严重妨碍换热设备的正常运行 ,造成能源浪费和经济损失。影响换热表面上污垢的主要成分碳酸钙结垢的因素除了热流密度、流体温度、换热面温度以及流速外 ,溶液的pH值也有着重要作用。从成垢溶液的离子平衡出发 ,得到了成垢指数与pH值的关系式。计算表明 ,总钙浓度一定时 ,pH值越高 ,成垢指数越大 ,结垢趋势越大。在pH值为 7～ 9和流速为 0 5～ 1 0m/s时进行了换热面上碳酸钙结垢的实验研究 ,结果表明 ,pH值越大 ,渐进污垢热阻越大 ,结垢诱导期越短。随着流速的增大 ,渐进污垢热阻减小。在实验范围内 ,流速对渐进污垢热阻的影响大于pH值的影响。     

液-固两相流热交换器内的防除垢研究

为了脱除附着在换热管壁面的污垢,研究了换热管中污垢剥除所需的碰撞次数,探讨了液-固两相流污垢剥除所需的时间。基于液-固两相流固体颗粒与污垢层多次碰撞对防除垢的作用,建立了液-固两相流防除垢模型,采用EDEM-FLUENT耦合,模拟计算换热管内非稳态液-固两相流动,探索换热管内固体颗粒的分布情况和碰撞分布。结果表明,颗粒在换热管中分布较为均匀;污垢被剥除需要经过多次碰撞,碰撞次数随循环流速的增大而减少,随固体颗粒粒径的增大而增加,与固体颗粒的体积分数基本无关,在最佳防除垢状态下需要经过5～8次的碰撞;适当增加循环流速和固体颗粒体积分数,同时减小颗粒的粒径可以加快污垢的剥除速度。     

地下水渗流对中深层地埋管取热性能的影响规律

中深层地热能是我国重点发展的可再生能源,中深层地下水渗流会对埋管取热性能和取热可持续性产生重要影响,但其影响规律在长时间、多周期情况下尚不明确。为此,基于自主开发的埋管与地层双向耦合传热解析模型,通过一原位试验井参数,研究了埋管在单个取热期、多取热周期情况下的性能,并通过变化率、降低程度等重要参数定量评估了地下水渗流的影响。研究结果表明：(1)单个取热期中,地下水渗流对埋管出口温度和取热功率的增幅作用在取热初始时刻很小,随着运行时间累积而增长;(2)单个取热期中,当试验井中达西速度大于3×10^-7 m/s时,含水层中的局部降低程度才低于无含水层,此时增强了局部取热可持续性;(3)多周期取热时,在各个达西速度下,取热期瞬态阶段的取热性能随运行年限的降低程度要高于取热期稳定阶段;(4)多周期取热中达西速度在4×10^-7 m/s以上时局部降低程度近似为0,此时每年取热期的取热性能维持不变。结论认为,建立的中深层地埋管与地层双向耦合传热解析模型,分析了埋管取热性能随地下水渗流速度的变化规律,为我国中深层地热能的开发利用奠定了基础。