锯齿型翅片内不同温区氦气流动与传热性能对比及节距对翅片性能影响的研究

为分析板翅式换热器在低温工况下的流动换热性能与常温工况下的差异和翅片节距对其性能影响,建立氦气在锯齿翅片通道内流动与传热的数值模型,开展数值模拟分析。结果表明：低温氦气在锯齿型翅片通道内的传热性能优于常温氦气。在氦气入口温度为20 K时,j因子比300 K时提升1.1%～55.9%,比77 K时提升0.41%～13.01%;在氦气入口温度为77 K时,j因子比300 K时提升0.53%～38.47%。低温氦气在锯齿型翅片通道内的流动性能比常温氦气差。在氦气入口温度为20 K时,f因子比300 K时高16.84%～28.87%,比77 K时高3.98%～23.19%。翅片节距大小在不同温区下对翅片流动与传热性能均有显著影响。在不同温区下,j因子随着翅片节距增大而减小,f因子随着翅片节距减小而增大。低雷诺数时,JF因子随着翅片节距减小而增大,而高雷诺数时则出现相反的趋势。     

波纹翅片通道内液化天然气流动沸腾换热特性分析

波纹翅片广泛应用于液化天然气板翅式换热器中;为了对板翅式换热器进行优化设计,必须明确翅片通道内的流动沸腾机理。首先对波纹翅片流道中流体的流动和传热传质机理进行分析,建立了稳态工况下汽化相变模型。然后进行了不同质流密度、热流密度和干度工况下波纹翅片流道内流体流动换热过程的模拟,分析了质流密度、热流密度和干度对波纹翅片传热特性的影响,并与平直翅片进行了对比。结果显示:随着干度增大,波纹翅片换热系数呈现先上升后下降的趋势,且在0.5干度左右达到最大值;随着干度增加,质流密度的增大对换热性能的提升越来越明显,热流密度的增大对换热性能的提升越来越小;波纹翅片比平直翅片换热系数提高30%~150%,在低干度工况下波纹翅片强化传热效果更明显。     

整体翅片式微通道换热器的数值模拟

采用CFD数值模拟的方法,对整体翅片式微通道换热器空气侧的流动与传热特性进行研究,用场协同的原理分析翅片参数(长度、高度、间距)对换热器性能的影响,并与传统微通道换热器空气侧性能进行对比。结果表明:在考查的翅片尺寸范围内,随着翅片长度的缩短、高度的增加、间距的减小,温度场和速度场的协同性随之改善,有利于换热效果的提高;与传统的微通道换热器相比,整体翅片式微通道换热器空气侧换热性能变差,但是阻力大大降低,总体性能有所改善。     

强化翅片管式换热器换热性能的方法及应用

通过两种不同的方法改进应用在不同场合的翅片管式换热器的结构,进而提高其换热性能:一种是将低温工况下易结霜的换热器设计成变翅片间距,一种是将空调工况下的换热器设计成变螺距内螺纹管.通过热力计算及实际系统使用,得出传热系数分别提高了9.8%和3.82%.     

低温冷凝可视化实验装置设计

低温流体与常规室温流体冷凝存在显著差异,简述了国内外报道的主要低温冷凝实验装置,指出要准确描述翅片通道内冷凝及两相流动过程,必须借助先进的可视化手段。为解决空分装置中主冷凝蒸发换热器翅片通道内低温流体冷凝热阻大、换热效率低的难题,设计搭建了一套低温冷凝可视化实验装置,实验段采用带光窗的可拆密封设计,便于研究平壁表面及各种型号翅片通道内冷凝换热过程。经初步测试,该实验装置运行稳定,借助高速摄像机可清楚地观察到氮冷凝两相流动的现象。     

R134a制冷剂在微通道中的相变传热特性实验

设计了一个可控制制冷剂流量、压力和温度等实验工况的微通道换热器相变流动与换热的可视化实验平台,对R134a制冷剂流经微通道换热器进行了冷凝换热实验研究.试验测量了小质量流率下的R134a制冷剂在多个饱和状态工况下的冷凝换热性能,涉及质量流量、进出口压力和温度等参数.实验分析了传热系数与雷诺数的关系,与Koyama的关联式预测比较接近.分析了摩擦系数随雷诺数的变化,与H L MO和Wu＆Little方程计算得到的数值相近.     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比.结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍.最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理.     

采用窗片的5 mm管换热器在湿工况下换热性能的实验研究

在湿工况下,对11个采用百叶窗翅片的5 mm管换热器进行了实验研究,并分析了翅片间距、进口空气相对湿度等因素对空气侧换热性能的影响。研究结果表明:换热量随翅片间距的增加而减小,且比7 mm管或更大管径换热器更明显;换热量受进口空气相对湿度的影响小;在翅片底部出现水桥,而在7 mm管或者更大管径换热器中不曾出现。根据实验数据开发了预测5 mm翅片管换热器换热性能的j因子关联式,误差在士20%以内。     

微通道换热器结霜特性研究现状与展望

微通道换热器在低温工况下用作蒸发器时存在结霜速度较快的问题,制约了其在制冷系统的应用。针对微通道换热器的结霜现象,本文归纳了影响微通道换热器结霜特性的因素、改善微通道换热器结霜特性的方案和微通道换热器结霜的相关仿真研究,介绍了微通道换热器结霜特性的研究现状和方向,发现目前影响微通道换热器结霜特性的因素主要分为:外部因素(环 境参数、表面温度、凝水),结构因素(换热器布置方向、翅片结构、翅片密度、涂层、结垢)和内部因素(制冷剂分布)。改善微通道换热器结霜特性的研究集中在调整翅片的结构以实现更好的排水性能和更均匀的霜层分布,未来研究的重点在于开发抑霜性能 更好的微通道换热器和建立更高精度的仿真模型。     

新型组合翅片换热器数值研究

通过对传统多排管翅式换热器的研究分析,提出第1排为平片且后部为开缝翅片的新型组合翅片换热器,并对传统和新型组合翅片2种形式换热器内的空气流动和换热进行数值分析。结果表明,新型组合翅片换热器的综合换热性能比传统翅片的提升5％～8％。     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比。结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍。最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理。     

电动汽车热泵空调冷凝器空气侧性能模拟与结构优化

电动汽车热泵空调是用于解决电动汽车冬季无法制热的问题,本文设计一种用于电动汽车热泵空调的新型平行流换热器。通过对换热器的冷凝工况进行数值模拟,得到不同入口速度条件下的换热及阻力特性,并与经验公式进行比较,验证数值模拟的正确性。分析不同的翅片倾斜角度及翅片间距下换热及阻力特性变化,得到优化的结构参数,为电动汽车热泵空调换热器设计提供依据。     

三排变片距翅片盘管换热器结霜特性实验研究

为改善空气源热泵室外翅片盘管换热器在低环境温度下沿空气流动方向结霜不均匀、首排结霜量较大进而导致热泵除霜间隔较短、制热能力下降等问题,对不同翅片片距组合的变片距翅片盘管换热器在低环温工况下运行及结霜的情况进行实验研究。结果表明：变片距翅片盘管换热器在低环温条件下可有效延长迎风面管排发生结霜堵塞的时间、对于结霜生长速度和结霜质量也有抑制作用。变片距翅片盘管换热器在结霜中后期阶段换热功率更高,在合理的翅片间距组合下,变片距翅片盘管换热器可以在不损失过多换热功率的情况下延长换热器迎风面管排结霜堵塞的时间,如样品4的平均换热功率比样品1低6.02%,而除霜间隔延长了37 min。     

多元平行流冷凝器传热流动性能研究

平行流冷凝器空气侧采用间断型扩展表面的波纹型百叶窗翅片,制冷剂侧采用小水力直径的非圆截面微通道多孔铝制扁管,选用适合于该微尺度强化换热结构的传热和压降关联式,对某规格的平行流冷凝器建立数学模型并在一定工况下进行数值模拟.结果分析表明,制冷剂在非圆截面微通道内的冷凝过程中,表面张力对表面传热系数的强化效果明显;通过改变流程数和各流程管数来改变冷凝过程中的流通截面而达到调整流速的作用,从而可以保持较高的冷凝换热系数和较低的流动压降,与常规换热器相比具有显著的优越性.     

凸环翅片及其在热泵型空调器中的应用

提出一种应用于热泵型空调器的凸环翅片结构。通过CFD模拟,分析波纹翅片、开缝翅片和凸环翅片的传热性能,对翅片进行优化设计。换热器能力测试显示,凸环翅片管式换热器的换热能力,在冷凝工况和蒸发工况下,分别比波纹翅片管式换热器提升3%~5%和2.5%,比开缝翅片管式换热器降低0.8%和0.5%。空调整机测试结果显示,采用凸环翅片管式换热器可实现用单排换热器替代1.5排或2排换热器,降低换热器成本的效果。     

铜翅片换热器开发应用的分析

从翅片效率、单个换热单元的传热系数和整个换热器的换热量三个方面对不同翅片结构、不同管子结构和不同工况下的翅片管换热器由铝翅片换为铜翅片前后的换热特性和成本进行了分析比较;详细给出了各个结构和工况参数单独变化对换铜前后的翅片效率、单位制冷剂侧换热面积上的总传热系数和换热器换热量的影响规律.分析结果发现,翅片越薄、越高,管外径越小,风速越大时,换铜后的翅片管的换热能力增强越大,成本增加越小.在所选择的结构和工况范围内,铜管铜片换热器比铜管铝片换热器的翅片效率约提高0.938%～29.86%、总传热系数约提高9.88%～23.276%、总换热量约提高0.112%～22.3%;对于典型的1.1kW空调器的蒸发器,材料成本约增加8～42元,体积可最多缩小18%.     

横荡工况下板翅式换热器内天然气冷凝特性的模拟研究

为了定量描述海上横荡工况对板翅式换热器内天然气冷凝过程热质传递的影响规律,建立了板翅式换热器波纹翅片通道内冷凝流动与传热的数值模型。首先针对天然气冷凝过程的传热传质机理进行分析;通过翅片壁面的组分守恒建立了天然气冷凝过程的传质子模型,并基于传质速率计算得出潜热传热速率。基于提出的模型,对于不同干度下的板翅式换热器内天然气传热传质进行分析,发现当干度为0.05时,传热系数平均恶化32.9%,当干度上升至0.2时,恶化得到改善,传热系数平均降低28.7%。     

表面处理对微通道换热器湿工况性能及长效特性的影响

对翅片间距为1.1mm的微通道换热器进行了亲水和疏水表面处理,并对其不同工况下的性能进行了实验研究,分析了表面处理对微通道换热器湿工况性能和长效特性的影响。实验表明,疏水表面处理在低风速下会造成换热器性能衰减：与原换热器相比,经过疏水表面处理的换热器换热量最大减小14%,衰减随着风速的变大而减小;而压降除了高风速高湿度工况,其余工况下均升高130%以上。亲水表面处理对换热器性能影响较小：与原换热器相比,经过亲水表面处理的换热器在不同工况下性能衰减2%-8%;压降仅在高湿度低风速下明显变大17%,其余大部分工况得到改善,在高湿度高风速下压降仅为原换热器的50%。亲水表面处理在防腐蚀方面具有一定作用,同时进行盐雾腐蚀260h后,表面亲水处理的换热器在不同工况下比原换热器性能提升4%-6%,压降降低14%-16%。     

CFD方法与间接蒸发冷却换热器的三维数值模拟

本文采用计算流体力学(CFD)和数值传热学方法,对间接蒸发冷却器内流体流动与热质交换过程进行简化和假设,建立了换热器内三维层流流动与传热的数学物理模型.采用交错网格离散化非线性控制方程组,编制了三维simple算法程序.对间接蒸发冷却器内的流场、温度场及浓度场进行数值模拟研究,得到换热器内的流体流动状态和热流分布,并分析了通道宽度变化对换热器内流体流动与换热的影响.     

椭圆管换热器对空调室内机声场影响的数值模拟

椭圆管换热器由于良好的流动和换热特性,在换热设备中有广泛的应用。本文利用计算流体力学方法,对椭圆管翅片换热器应用于空调室内机的流场和声场进行数值模拟,并与圆管作对比。计算结果表明,换热管形状对贯流风机内部偏心涡的形成位置和大小没有影响;与采用相同截面积的圆管翅片换热器的室内机相比,相同条件下,采用椭圆管换热器对于室内机增加风量,改善制冷性能,降低噪声尤其是低频噪声方面有良好的效果。其中,长短轴之比为2的椭圆管可以降低室内机噪声4 d B。