水平管降膜蒸发器管束结构优化数值模拟

摘要本文采用数值模拟方法,通过观察不同条件下液膜流动状态以及计算相应状况下的液膜厚度,研究水平管降膜蒸发器管外液体流动的影响因素并对管束结构进行优化.计算结果表明:旋转三角形管束布置有利于在传热管上形成稳定的液膜,而三角形管束布置有利于传热管上液体的混合;管间距和液体的初始流速对降膜蒸发器管外液体流动有重要影响,随着管间距的增大以及液体初始流速的减小,管束中呈现柱状流的管排范围减小.     

非对称翅片管换热器的实验及流场分析

提出设计一种新型非对称翅片管式换热器,通过对非对称式翅片管不同工况进行实验,研究其传热过程和传热效果.通过对传热系数的计算,比较其与环状翅片管管束和光管管束的传热性能.并且利用ANSYS对三种换热器进行数值模拟,分析其流场.结果表明:非对称翅片管对流体的扰动要强于环状翅片管和光管,在相同参数条件下,非对称翅片管换热器的换热效果优于环状翅片管和光管式换热器.     

重催油浆蒸气发生器管板开裂原因及防治

锦州石化公司催化裂化装置油浆蒸气发生器,为浮头式蒸气发生器,投入使用一年多就发生失效,其失效形式表现为蒸气发生器管板大面积开裂,裂纹大多从管束开始呈环状及径向管板延伸。利用对比法、金相显微分析方法以及开裂机理分析方法,对重催油浆蒸气发生器管板开裂原因进行了管板化学成份、管板机械性能、宏观、微观断口形貌及管板开裂过程分析。实验结果表明,管板的化学成份和机械性能均符合国标GB6654-96,说明管板开裂不是由于材质本身造成的;裂纹符合应力腐蚀特征;壳程内蒸气的发生和流动诱发振动,使管束发生振动,特别在汽液两相流作用下使振动加剧,使管板焊接接头部位产生循环载荷造成疲劳破坏。得出疲劳和应力腐蚀共同作用引起重催油浆蒸气发生器管板的开裂,其中疲劳是管板开裂的最重要的原因。提出了简单易行的改进措施。     

重催油浆换热器管板开裂的应力腐蚀失效

锦州石化六厂的重催油浆换热器,在投入使用半年多就在浮头管板处出现多处裂纹,裂纹大多从管束开始呈环状沿径向管板延伸,导致不能正常生产,造成较大的经济损失。介绍了此换热器的工艺条件,对开裂的浮头管板进行断口宏观形貌、微观形貌、准解理微观形貌、腐蚀产物和管桥部位裂纹分析,并得出应力腐蚀是引起重催油浆换热器管板开裂的重要原因之一。分析油浆换热器管板受力和腐蚀环境:管板在焊接残余应力、温差应力、气-液两相流的诱导振动及装配应力的相互叠加作用下,受拉应力;在高温环烷酸和高温重硫醇、重硫醚的腐蚀环境中,导致应力腐蚀开裂。     

不同排列方式下水平降膜管束中的管束效应及传热特性

管束效应普遍存在于水平管降膜蒸发管束中,表现为随着管束深度的增加,传热性能逐渐变差,严重影响着降膜蒸发器的运行效率.为了查明管束效应的产生机理,文中研究了46℃水在恒热流密度(47.3 kWm^-2K^-1)条件下的管束降膜流动及传热特性.结果表明:(1)正方形排列管束传热性能最差,管束效应最明显;三角形排列管束传热性能最好,是正方形排列管束的1.3倍;(2)沿管束深度方向,传热系数波动幅度先增加后减小;(3)供液高度、竖直管间距的增加有利于上排管传热,对下排管影响较弱;(4)液膜分布对上排管传热影响较大,但随管束深度增加逐渐变弱.     

钠冷快堆蒸发器流致振动试验件可行性分析

钠冷快中子反应堆使用的钠水蒸汽发生器采用直管管壳式换热器结构,包括蒸发器和过热器2个组件。在蒸发器组件中,液态金属钠流经壳侧,并与管侧流动的水进行逆向换热。管侧流动的给水被加热为过热蒸汽过程中,经历沸腾与传热等过程,如果蒸发器组件结构设计不当,极易发生管束流致振动并诱发换热管疲劳破损,引起严重钠水反应,影响设备安全和反应堆正常运行。本文对钠水蒸汽发生器中蒸发器组件管束流致振动试验件进行可行性分析论证:采用相似分析方法分析与试验件设计相关的相似准则,初步确定试验件缩尺比例以及试验介质参数;基于相似分析将试验件与蒸发器组件原型样机对比,确定简化的模拟试验件基本结构形式;建立蒸发器试验件简化CFD模型,模拟分析其流场特性和换热管模态特性;论证10组简支的简化蒸发器组件流致振动试验件的可行性,为后续开展流致振动试验奠定基础。     

均匀化理论在管板研究中的应用

根据复合材料力学中的均匀化理论并借助有限元方法,针对管板设计中存在的问题,对影响管板结构性能的因素进行探讨.在ANSYS分类模拟实现中,研究孔间带效率、管束、管板厚度、管子厚度4种影响当量弹性常数的变量,并将计算结果与ASME规范中采用的有效弹性常数进行比较,计算结果表明,获得的数据较为准确,符合管板当量弹性常数的客观变化规律.因此,用均匀化理论计算管板当量弹性常数具有可行性,同时也为换热器管板的强度设计提供了参考.     

薄管板结构型式与强度设计

通过对辽化乙二醇装置42E261蒸发器的管板设计,简述了薄管板理论,结构型式,。强度设计及其在换热器管板设计中所占的优势,并对薄管板技术的推广与应用进行了探讨。     

管式氟塑换热器设计参数电算数模及FORTRAN程序探讨

氟塑换热器中采用聚四氟乙烯为材质的换热管束,在设计中除了要进行一般管式换热器的常规计算外,还要考虑到为数众多的管子在管板上的排列及 F-4管板限胀施压加热焊接的工艺要求。为此设计了这一数模及计算程序,主要解决管数、换热面、管束内总流截面、F-4管板最小直径等相互关系的繁琐数据计算,最终得到所需的某一范围内的函数表,大大简化了设计工作。     

焦炉上升管蒸发器失效分析和系统优化

主要介绍了6米焦炉上升管余热回收系统在实际运行中的情况,对上升管蒸发器失效案例进行了分析,针对失效情况对蒸发器选型和系统热回收方案进行了优化改进。为提升焦炉上升管余热回收系统稳定性和提高焦炉上升管余热回收技术提供了参考。     

固定式换热器管板计算程序(BASIC语言)

<正> 前言在管壳式换热器设计中,管板的强度计算是比较复杂的。龙其对于k>1或搭焊型管板是难以实现手算的。鉴于目前微型机比较普及,故采用BASICⅡ语言编制了本程序,供参考。程序的数字模型是由“规定”[1]C.4中给定的。一、功能程序可以对固定式换热器搭焊型管进行强度设计,或对现有管板进行强度校核。进行强度设计时,需要输入管板的厚度取值范围,进行应力校核时需要输入管板实际厚度(不包括附加量)。经计算后将打印出管板各点在各种工况下的应力值,管子应力及拉托应力。同时打印出管板在危险工况下的应力分布曲线。     

基于ANSYS Workbench软件的压力容器管板应力分析

采用有限元分析软件ANSYS Workbench,对管壳式换热器管板进行了有限元分析,并按照应力分析标准JB 4732—1995分析了管板在正常工作、开工和停工过程中可能出现的4种瞬态和稳态操作工况下的应力强度。分析结果表明,最大应力发生在换热管与管板的连接处和筒体与管板的连接处;换热管与管板之间的连接强度、筒体与管板之间连接强度的主要影响因素为压力载荷。由强度校核结果可知,该换热器的设计符合使用标准。     

管板和传热管胀接应力应变的数值模拟及分析

蒸汽发生器是核电厂一回路与二回路的枢纽,传热管和管板的连接处为事故多发区,而机械加工过程残留的应力是引起裂纹的主要原因.应用有限元软件对某型蒸汽发生器中的传热管和管板的胀接过程进行瞬态模拟,得到不同胀接压力下的管板和传热管的残余应力和残余应变值,为传热管和管板最佳胀接参数的确定以及工作过程中应力腐蚀的预防提供理论依据.研究结果标明,管板孔表面的残余径向应力和残余径向应变值都是随胀接压力的增加而增加,且沿着轴向的变化规律相似.     

镍基渗层纵肋管束传热与流阻特性的研究

为了给镍基渗层纵肋管束式换热器设计和生产中碰到的问题提供一些依据,本文在实验的基础上对镍基渗层纵肋管束的换热和流阻特性进行了分析,得出肋管结构参数和管束结构参数对换热和流阻的影响.采用最小熵产法优化得出最佳肋高.     

太阳能喷射制冷系统蒸发器设计参数的优化

为研究蒸发器对太阳能喷射制冷系统性能的影响,选出最优的蒸发器设计参数,利用TRNSYS建立了太阳能喷射制冷系统模型,结合FLUENT建立了伴有相变的满液式蒸发器模型.以R141b为工质,计算并分析了在典型气象年的7月11日,蒸发器采用不同的制冷剂进出管位置X、换热管管间距Sh和充液高度h时,系统的制冷量Qe和综合性能系数COPz随冷凝温度和太阳辐射强度的变化结果,在此基础上对蒸发器的设计参数进行了优化.结果表明:其它参数一定时,蒸发器的充液高度为筒体直径D的50%或55%时系统有较好的热性能表现;蒸发器换热管管间距越大,系统制冷量越大;制冷剂进出管距离太大或太小均会削弱系统制冷量,且与筒体中心的水平距离X等于225mm或375mm时系统有较好的热性能.     

用于燃煤电厂的低温省煤器前烟道流动及磨损特性

以低温省煤器及其管道为研究对象,采用数值模拟方法,对低温省煤器及其管道流动及磨损特性进行分析,采用添加导流板的方式对流场进行优化以降低磨损量。低温省煤器前方圆节的布置导致流场紊乱,低温省煤器入口截面速度分布均匀性较差,管束磨损区域与高速区相对应,冲蚀磨损主要集中在中心区域,第一排管束迎风区磨损量最大,后排管束磨损量依次降低;对方圆节内置导流板进行优化后,低温省煤器前流场速度标准偏差由34.9降低至15.2,均匀性提高,管束的最大冲蚀磨损量降低两个数量级,磨损程度大幅度降低,保障了低温省煤器的安全经济运行,为低温省煤器及其管道的优化设计及运行提供了理论参考与数据支持。     

板壳式降膜蒸发器结构及性能研究

结合板壳式换热器和板式蒸发器的结构特点，在高效水平管喷淋式降膜蒸发器的基础上，开发一种新型板壳式降膜蒸发器，理论分析和实验结果均表明，以椭圆腔板束为蒸发内件的新型蒸发器，蒸发速度快，传热效率高。     

导流板布置方式对空冷单元流场影响的数值模拟

空冷单元内部流场不均匀,A字架散热管束底角区域冷却不充分,导致凝汽器换热效率差.通过改变空冷单元内部导流板的布置方式,可改善其内部冷却空气的流场,提高空冷凝汽器的传热性能.采用RNG κ-ε湍流模型,对不同布置方式的导流板空冷单元进行数值模拟,分析对比了导流板倾角在20°~50°和导流板数量在2块-10块范围内散热管束表面的温度场.结果表明:加装导流板的空冷单元内部流场均匀性显著提高;当风机出口安装倾角为30°的导流板时,散热管束表面局部高温区域消失;当风机出口安装8块导流板时,散热管束表面平均温度最低,凝汽器换热效果最佳.     

有机朗肯循环系统蒸发器的性能研究

针对以R245fa为工质的朗肯循环系统,运用Aspen换热器设计模拟软件,对该系统常用的满液式、降膜式和板式蒸发器进行结构设计和性能分析.在相同工况参数下,对比3种蒸发器的尺寸、造价和综合传热因子,结果表明:板式蒸发器最适用于有机朗肯循环系统.模拟改变波纹倾角β、板片厚度d及板间距l时蒸发器内工质预热、蒸发、过热3个阶段传热过程,得出人字形板片结构对蒸发器传热系数、压降的影响规律.     

板壳式降膜蒸发器结构及性能研究

结合板壳式换热器和板式蒸发器的结构特点，在高效水平管喷淋式降膜蒸发器的基础上，开发一种新型板壳式降膜蒸发器，理论分析和实验结果均表明，以椭圆腔板束为蒸发内件的新型蒸发器，蒸发速度快，传热效率高。