管间高粘度流体的有效传热温差缓变特性

通过数值模拟,研究了85%甘油在旋流片支撑光滑管管束间纵向流动的传热与流阻特性,并与无支撑光滑管束的纵向流动进行了对比,揭示了高粘度流体置换类强化传热方法的有效传热温差缓变特性机理。研究结果表明,层流时,小扭率与大角度旋流片支撑的光滑管管束的传热综合性能更佳,旋流片支撑光滑管管束在有旋流片段可以通过提高有效传热系数与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低了流体的输送功耗。     

管壳式换热器强化传热的数值模拟分析

阐述了换热器管程强化传热强化管和管内插入物2种结构及其性能特点,并用场协同原理和数值模拟方法分析了其强化传热机理。模拟分析的结果为:光滑管内,速度矢量与温度矢量二者之间的夹角接近90℃,传热效果较差;在管内插入物情况下:两者之间的夹角小于90℃,流场和温度场的协同性更好:从而实现了强化传热。     

管内层流强化传热的数值模拟

通过数值模拟,研究了85%甘油在含旋流片缩放管管内的传热与流阻特性,并与光滑管、缩放管的传热与流阻特性进行了对比。研究结果表明,层流时含旋流片缩放管的综合因子大于缩放管,且缩放管内插入6个小角度旋流片具有更好的传热性能。在有旋流片段可以通过减薄边界层厚度与增加有效传热温差的双重途径提高传热速率,而在旋流片下游段则可以利用有效传热温差的缓变特性继续维持较大的传热速率,从而能避免过多的流体置换次数,极大幅度的降低流体的输送功耗。     

管内片条插入物强化传热试验及其性能比较

介绍作者提出的几种纵向片条插入物的传热和压降试验 ,研究了内插件的强化传热机理 ,并与国外 Shaha等以及华南理工大学的其它片条插入物试验结果作了比较。     

双波纹板束逆流传热与流动的数值模拟和实验研究

利用Fluent软件对一种全焊式双波纹板式换热器的板束传热与流动性能进行数值模拟,运用场协同原理进行强化传热机理分析的同时对双波纹板式换热器进行传热实验,验证数值模拟和理论分析的合理性。结果表明：双波纹结构使得流体在流道形成湍流,减薄板片的层流边界层并且改善了主流区域的速度与温度梯度的协同程度,强化传热。双波纹板束本身的传热系数受到板束热侧入口尺寸的影响,并且在固定尺寸上达到峰值,增大冷热流体入口速度可以提升板束的传热能力,同时也受到压降增大的影响。     

管内旋流场综合性能研究进展

针对目前换热设备的强化传热和防除垢问题,介绍了管内插入物、表面凹槽以及复合强化传热等几种管内旋流技术。管内插入物可破坏流体边界层,实现在线自动防除垢和强化传热,但插入物本身易因磨损导致换热效率下降;表面凹槽技术可对管内外流体实现双向传热,流体阻力与其它技术相比较小,但制造工艺相对复杂;复合强化传热技术传热能力较高,可综合各种传热技术的优点,且综合性能要比单一技术要高。对以上几种主要管内旋流技术进行分析比较,并提出未来管内旋流技术的主要发展趋势将以复合强化传热技术为主。     

管壳式换热器强化传热研究进展

管壳式换热器作为工程中应用广泛的换热器,具有结构坚固、适应性强、能够利用和回收热能等优点。在追求高能源利用效率的背景下,换热器的强化传热得到广泛关注。本文重点阐述了管壳式换热器的强化传热相关研究进展,包括换热器本身几何结构的优化、换热流体的热物性改善以及多种强化传热技术结合的复合强化传热方法。其中几何结构优化主要包括改变换热管管型、增加管内插入物以及壳程中的隔板优化研究等。换热流体热物性改善包括纳米流体提高热导率、潜热型热流体提高比热容等。复合强化传热是将多种强化方法结合,可弥补单一方法的不足,以获得更高强化传热效果。最后指出管壳式换热器强化传热未来的研究方向在于持续开发强化传热管、制备稳定的纳米流体及潜热型流体以及多种强化方式复合提高强化效果。     

扰流子强化换热器传热的研究与应用

一、前言换热器是石油化工厂重要设备,强化换热器的传热是炼厂提高生产能力,节省投资及节能的重要手段。用管内插入物强化管内流体传热是提高管内膜传热系数的一种行之有效方法。管     

螺旋折流片强化换热器壳程传热数值分析

为了分析螺旋折流片强化换热器壳程传热机理,用FLUENT软件建立了套管换热器的三维模型,模拟得到了壳程内流场和温度场.数值结果表明,螺旋折流片强化传热的主要机理是螺旋片引起的螺旋流动使流体流速提高并产生二次流,减薄了边界层,促进了主流流体和边界层流体的混合.分析了传热系数、压降与雷诺数及湍流动能的关系,提出应将换热器的湍流动能限制在一定的范围内,以获得较好的综合性能.     

流体在粗糙管管内及管隙间湍流流动阻力与传热的数据关联

本文分析了流体在规整型粗糙强化管束的管内和管隙间的流动和传热特性,讨论了湍流流体在规整型粗糙壁面上和在光滑壁面上动量与热量传递的差别,推导出光滑管和粗糙管管内及管隙间湍流流动的流体摩擦阻力系数和传热准数方程的关联式,并能较好地关联螺旋槽管、螺旋低翅片管和缩放管管内与管隙间的流体阻力和传热的实验数据.     

内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性的对比分析

内插扰流元件是一种可操作性强的管内强化传热方式,其强化传热机理主要是在管内诱导产生了二次流。在均匀壁温热边界条件下,对内插不同形状涡产生器管内层流流动与传热特性进行了数值分析。研究发现：在扭带基础上裁去部分面积相同的条件下,管内插等腰梯形涡产生器的换热能力最强,直角梯形涡产生器次之,矩形涡产生器的换热能力最差,管壁上的局部Nusselt数的峰值所在圆周位置及其大小与涡产生器形状有关,而不同形状的涡产生器对管内流动的阻力系数影响较小。插入涡产生器后,管内二次流强度参数Se和平均Nusselt数Nu均随Reynolds数Re的增大而增大,二者随Reynolds数Re的变化规律具有一致性。平均Nusselt数Nu与二次流强度参数Se呈幂函数相关,内插涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

波纹管传热强化效果与机理研究

通过有限元数值计算考察了波纹管内的流动与传热性能,研究了不同的流体入口雷诺数Re及结构参数对管内平均传热系数的影响,探讨了其强化传热机理。研究发现,在常见的湍流范围内,波纹管内平均传热系数是相同条件下直管的1.06—3.0倍,最佳强化效果出现在Re=16 000附近;波峰处回流区的存在对波纹管的传热强化起到了决定性的作用。此外还拟合出了波纹管内的传热准则方程,有助于指导波纹管换热器的工程设计。     

有序涡旋对三角槽道脉动流强化传热的影响

以水为工质对三角槽道内单相液体充分发展层流脉动传热特性进行了研究。应用粒子图像测速技术（PIV）测得流场内涡的变化规律,从“涡及涡运动”的角度揭示了“有序”的涡生长及迁移过程对脉动流强化传热的影响。此外,应用“场协同”理论,通过数值模拟深入分析了流场特性与传热之间的关系。研究发现,“有序”的涡生长及迁移过程,破坏了流体边界层,促进了近壁区热流场与速度场的协同,同时,强化了三角槽道内流体与主流区流体的掺混,热量输运能力提升;存在最佳的Strouhal数（St）,使得涡旋既能充分发展又能在较短时间脱落进入主流,实现最大效率的壁面换热;有序涡旋对速度场、温度梯度场以及压力梯度场三者协同性的改善是换热性能提升的关键。     

表面工程技术应用于蒸发器的防垢及沸腾传热强化的研究进展

对传统的表面工程技术和纳米表面工程技术在蒸发器等换热设备的防垢和沸腾传热强化方面的研究进展进行了综述。分析了采用磁控溅射、离子注入、化学复合镀、分子自组装等表面工程技术制得的低能表面,包括纳米涂层传热表面的防垢或强化沸腾传热的功效。认为应用表面工程技术的难点在于如何制备既能防垢又能强化沸腾传热的优良传热表面;高黏物系的污垢形成规律和表面抗垢机理研究,应用纳米表面工程技术进行防垢和强化沸腾传热研究是今后的重要研究方向。     

三维槽道的周期性层流流动与传热

应用数值模拟方法分析了以周期性方式布置不同节距比(PR=L/H)、倾角为45°挡板槽道的流动特性与传热特性。挡板在槽道上下壁面对齐布置高度比(BR=b/H)为0.2,以便在槽道内部形成一对沿流向的反向旋涡。数值模拟计算Reynolds数范围为100~1000,流体介质为空气。计算结果表明:布置斜置挡板后,在槽道内诱导产生了沿流向的旋涡流,且在测试段中旋涡流冲击槽道上下壁面和槽道一侧壁面,结果使得传热效率提高;分析了范围内平均Nusselt数比Nu/Nu₀、摩擦系数比f/f₀及传热增强系数η随节距比PR和Reynolds数的变化关系,并建立了相应的准则关系式;当挡板间节距比为0.5时,传热增强系数可达最大值3.0。     

微型硅基内肋管内的流动与换热特性

目前内肋管强化换热研究大多基于铜、铝或者不锈钢等常规材质,其加工精度和加工尺寸均受到限制。本文采用MEMS工艺首次在硅片上制作成带有方形内肋的平行硅基微通道,并对其内部流动和换热特性进行了实验研究,结果表明：在通道深度和宽度相同的情况下,肋高和肋间距对工质在通道内的流动阻力和换热特性有显著的影响;微通道内加肋以后,通道内的流动阻力和换热性能有不同程度的增加,且提高程度与肋高和肋间距有关;通过合理的设计肋高和肋间距,可以起到明显的强化换热作用。结果还显示,进口段效应对硅基微通道内的流动和换热影响较为显著。     

内置螺旋弹簧换热管内流动与传热三维数值模拟

为研究内置螺旋弹簧换热管单管强化传热原理,采用Fluent软件对内置螺旋弹簧换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟,考察了弹簧的应用对管内流场、压降和换热性能的影响,并分别取螺旋弹簧节距p分别为2 mm、4 mm、5 mm初步研究了弹簧的节距对强化传热效果的影响。模拟结果显示：弹簧管内流体呈螺旋流动状态,管壁附近流体切向速度和径向速度有一定程度的提高,从而加剧了管内流体的混合及边界层的扰动,充分换热,弹簧管进出口温度差较光管有所增加,最高增加了0.9 ℃;相同雷诺数条件下,内置螺旋弹簧换热管Nu数均高于光管,而压降和阻力系数相比光管有明显增加,随着弹簧节距减小换热增强而摩擦阻力系数增加。     

一种新型变截面换热管强化传热性能

针对工程中广泛存在的管内层流换热传热系数低的问题进行了强化传热研究,并在传热强化理论的指导下,开发了一种新型变截面换热管。分别建立不同参数下的新型变截面换热管和普通圆管模型,采用大型CFD分析软件FLUENT借助数值模拟的方法,研究新型变截面换热管结构对管内层流换热的影响。研究结果表明,该新型变截面换热管在层流情况下可较大程度地强化管内换热,而其流阻增加较小,具有良好的综合强化传热性能。在本文研究的范围内,变截面换热管的Nu和η均随L₁/d_i或L₂/d_i的减小而增大,且η>2.22。计算结果为强化管内层流换热提供了一定的指导和理论依据。     

Numerical study of the flow pattern and heat transfer enhancement in oscillatory baffled reactors with helical coil inserts

Oscillatory baffled reactors (OBRs) are a means of process intensification as they allow processes with long residence time to be converted from batch to continuous processing. Helically baffled OBRs have only been developed at “mesoscale” so far, but at this scale have displayed significant advantages in terms of the increased range of conditions over which plug flow is achieved. Scale-up studies are underway to determine whether this is replicated at larger scales. This paper reports fluid mechanical modeling of a helically baffled oscillatory flow for the first time. Time-dependent flow structures induced in tubular reactors have been analyzed on the basis of periodic, laminar flow numerical simulation. A reversing swirled core flow and its interaction with the unsteady mechanism of vortex shedding downstream of the wires has been described. This has allowed greater understanding of the flow structures, which will underpin optimal design and scale-up. The potential for heat transfer enhancement is discussed, considering the compound effect of oscillatory motion and helical coil inserts. The results show that the heat transfer for the helical baffled tube could be enhanced by a factor of 4 compared to a smooth tube in the tested range of oscillation conditions.