管壳式换热器强化传热技术进展

介绍了管壳式换热器强化传热技术的最新进展及技术动向。管程强化传热采用螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、菱形翅片管、花瓣形翅片管等传热元件,壳程强化传热采用弓形折流板支撑、折流杆式支撑、螺旋折流板支撑、空心环网板支撑、旋流网板支撑和管子自支撑等管束支撑结构。随着技术的进步,目前节能、高效的旋流网板急扩加速流缩放管管壳式换热器已广泛应用于硫酸生产中,提高了转化工序热能利用效率。     

V型纵槽对水平螺旋管外冷凝传热的强化

用实验方法研究水平螺旋管管外有纵向 V型槽时凝结换热的强化问题。在相同真空度下 ,测试当 V型槽的角度或数目变化时管外凝结换热系数随冷却水流量变化的规律。实验结果表明 ,V型槽夹角为 6 0°,槽深为 1mm,槽数为 2 8时强化效果最佳。还在相同实验条件下 ,比较 V型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管及水平螺旋光管的传热效果 ,得到可用于工程实际的 V型槽水平螺旋管外冷凝传热的试验关联式     

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.     

螺旋槽管管壳式换热器的传热与流阻研究

以螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了管壳式换热器壳程以气体纵向冲刷为特点的传热与流阻性能,并在相同的实验条件下,与弓形隔板管壳式换热器的传热性能加以比较,结果表明,螺旋槽管管壳式换热器可比普通弓形隔板管壳式换热器提高总传热系数48％,节省传热面积32.4％。     

水蒸气在内插螺旋丝竖直圆管内流动凝结的实验研究

引言螺旋丝是一种有效的传热强化元件，而且安装简便，使用灵活，Chiou〔1〕最先进行了研究．此后，不少学者进行了螺旋丝用于水平管内、水平管外的凝结换热及油类介质传热强化的研究，但对于竖直管内插螺旋丝的凝结换热的研究到目前还是空白．由于管内凝结换热的复杂性，对于换热规律的研究基本是以实验研究为主．其中较有代表性的是Shah〔2〕在综合了474个实验点基础上提出的适用于水平管、竖直管和倾斜管的管内凝结换热通用关联式．在理论解方面，较早且使用较为方便的是Carpenter和Colburn〔3〕提出的计算式．至于凝结换热强化管的传…     

对流传热过程强化与能耗分析

为了强化对流传热,工程上普遍采用提高流体流速和改变管路流体力学特性的方法,但在强化传热的同时,增加了能耗.通过实验分析了流体流速对光滑直管和螺旋槽管传热效果的影响,得到了滞流区和湍流区的传热关系式和阻力与流速的函数关系式.通过对比相同流速下光滑直管和螺旋槽管强化比与阻力的情况,得到了两种流型下强化比以及阻力与流速的关系式,为工程设计和生产操作提供了理论参考.     

螺旋扁管换热器传热与阻力性能

对不同结构的螺旋扁管管内传热及流体阻力性能进行实验研究,并与光管比较,选出传热与流阻综合性能较好的管型。同时对2台螺旋扁管换热器及1台外螺纹螺旋扁管换热器进行壳程传热与流阻实验研究。根据实验结果给出了管、壳程传热膜系数与阻力系数的经验关联式。     

螺旋扭曲管内部流动与传热特性试验研究

螺旋扭曲管是一种新型的强化传热元件，具有传热效率高、流动阻力小等优势，在石油化工、船舶、采矿、动力以及钢铁行业中具有广泛的应用前景。采用试验的方法，研究了螺旋扭曲管管内在湍流(Nu>20 000)范围内的流动与强化传热特性，并与同规格的光滑圆管进行了比较。试验结果表明，在相同的Re数下，螺旋扭曲管管内Nu数大于光滑圆管，增大了约30%～50%,表明螺旋扭曲管能有效地提高管内对流换热效果；在相同的Re数下，螺旋扭曲管阻力因子比光滑圆管小；在相同的流量下，螺旋扭曲管管内阻力损失与光滑圆阻力损失基本相当，表明采用螺旋扭曲管不会显著的增加摩擦阻力。     

壳程流体纵向冲刷型高效气-气管壳式换热器的传热与流阻性能的研究

本文以缩放管和螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了在换热器壳程中以气体纵向冲刷为结构特征的气-气管壳式换热器的传热与流阻性能,并与弓形隔板管壳式气-气换热器在相同传热温差与传热负荷,相同气体流量与气体压降的条件下做了传热性能的比较,结果表明,缩放管气-气管壳式换热器的总传热系数要比弓形隔板管壳式气-气换热器高64.8%,可节省40%的传热面积.     

螺旋套管式换热器螺纹强化管程传热研究

基于实际工程应用,采用CFD软件,建立了内管为螺纹管的新型螺旋套管式换热器的三维实体模型,并使用管程流体与壳程流体耦合计算的方法进行模拟计算,重点分析了螺纹槽高和槽距等结构参数对管程流体流动与传热特性的影响。结果表明：螺纹的扰流和导流作用,改变了管程螺旋通道横截面上的二次流结构,除在横截面外侧区域形成一个不规则主涡外,还在截面内侧区域的近螺纹处产生了大小不一的附加涡旋。主涡和附加涡共同作用加剧了壁面和中心区流体的热质交换,强化了换热效果。在研究范围内（Re=8 000～40 000）,螺旋套管式换热器内管采用螺纹管与内管采用光管相比换热效果提高了约36%～143%。螺纹槽高及槽距对管程流体传热影响较大,Nu和f随槽高的增加而增加,随槽距的增大而减小。     

螺旋槽管中单相水与油湍流摩擦阻力与传热特性

对单相水与油分别在4根不同几何参数的螺旋槽管中湍流摩擦阻力与传热特性进行了试验研究。以动量传递与热量传递的模拟理论为基础,由试验结果的关联得到了动量传递粗糙度函数（R函数）与热量传递粗糙度函数（G函数）的表达式,并与前人工作进行了比较。针对油的Pr随温度变化较大的特性,提出了改进的强化传热性能评价方法,并据此对1号与2号试验管进行了评价。研究结果可用于换热器设计及优化螺旋槽管几何参数。     

汽-水换热器内流体诱导振动强化传热试验

提出利用换热器内流体诱导振动实现强化传热的方法 .在利用传热表面振动提高对流换热系数的同时 ,利用振动变形减少积垢 ,降低污垢热阻 ,实现了复合强化传热 .对管内外流体流动诱导弹性管束的振动特性、强化传热特性和污垢特性进行了试验研究     

波纹管强化管内沸腾传热的试验研究

分别以煤油和水为工质,对不同流速情况下波纹管和光管的管内流动沸腾传热特性进行了试验研究。试验中采用套管式换热器,依靠管外的高温热水对管内工质加热使之沸腾。在不同流速下,根据试验测量的流量和温度等参数计算管内流动沸腾传热系数。结果表明:随着气相雷诺数的提高,传热系数随之提高;相对光管,波纹管对上升流动管内沸腾传热有明显的强化作用。根据试验结果给出了波纹管管内流动沸腾传热系数关联式。     

波纹管管外冷凝特性的研究

以煤油蒸汽和水蒸气为工质研究了波纹管管外冷凝时的传热特性。试验中采用内管为波纹单管的套管换热器,分为水平和垂直2种布置方式。在不同流速下,根据试验测量的温度和流量等参数计算波纹管管外传热系数;并与相同参数(流速、温度)条件下光管管外传热系数的理论计算值进行比较。结果表明:随液相雷诺数的提高,传热系数随之提高,相对光管,波纹管管外传热系数有明显提高;波纹管有效地增强了管外冷凝传热;水作为单一工质相对于多组分的煤油,波纹管对其管外冷凝强化效果更好。     

A heat-transfer laboratory experiment with shell-and-tube condenser

An in-house-designed undergraduate laboratory experiment for hands-on experiential learning of heat transfer in shell-and-tube heat exchangers is described. The experiment allows the student to identify and evaluate the factors that affect the rate of heat transfer in a shell-and-tube heat exchanger. The design affords convective heat transfer inside the tubes and condensation heat transfer outside the tubes. Experimental measurements are used to estimate the overall heat transfer coefficient at varying flow rates of the cold fluid, which is compared with that obtained from calculations using correlations available in the literature. A student survey was also conducted to evaluate their learning experience and to identity opportunities for improving the experimental program and the overall experience of the students. This feedback indicated that the vast majority of the students had an overall positive experience of the laboratory course, as it provided them with the opportunity of teamwork, leadership role, the spirit of industrial experience, and the ability to develop skills related to heat exchanger calculations.     

高效波纹管换热器工业化试验

经单管和工业试验，证明了波纹管传热管件是一种强化管内外传热系数特别是管内传热系数的传热元件。标定安装在北京燕山石化公司炼油厂的波纹管换热器，总传热系数约为光管换热器的１．８２倍，压降约为２．２４倍。     

进口轴向叶片旋流器与螺旋槽管的管内复合强化传热

对进口轴向叶片旋流器与左旋螺旋槽管、右旋螺旋槽管以及对称交叉螺旋槽管组成的管内复合强化传热进行了试验研究,给出了管内阻力和传热试验结果,得到了考虑复合攻角（旋向）因素在内的管内阻力和传热准则关联式,并对传热和流阻的综合热力性能进行了定量评价．试验表明：相同泵功和换热面积条件下,旋流器与螺旋槽管反向复合后的换热量可提高至光管换热量的1．9倍．     

波纹板式换热器的数值模拟

以波纹板式换热器作为研究对象,通过流体力学(CFD)软件,对波纹板内、外流体流动进行了数值模拟研究。板内流体流动研究表明,流体在板内流动时存在流动死区,在这些区域里传热效果很差,导致板壁面出现热点。板间烟气流动研究表明,板片的凹凸波纹结构,起到了强化烟气侧传热的作用,其中凸波纹的作用要明显优于凹波纹,同时波纹板片式换热器的凹波纹区域存在一定的烟气脱体现象。该数值模拟研究结果对提高波纹板式燃气热水器的换热效率有一定的指导意义。