倾斜螺旋片强化的套管换热器数值模拟

为了减小螺旋片强化的套管换热器的摩擦阻力系数f,提出倾斜螺旋片强化的方法.基于RNGk-ε模型对倾斜螺旋片强化的套管换热器进行模拟;将Re=2 362~16 860的螺旋升角α=35°,螺旋片倾斜角β=5°、10°、15°时的传热性能与光滑管以及α=35°的普通螺旋片强化管的传热性能进行对比;考察f、Nu和综合传热性能PEC值的变化规律;并运用火积耗散理论对传热性能进行分析.结果表明:模拟结果与实验结果吻合较好,证明模拟方法是可行的;普通螺旋片和倾斜螺旋片均有强化传热的作用,与普通螺旋片相比,倾斜螺旋片能够有效地减小f,且对f的减小程度随着β的增大呈现先增大后减小的趋势,分别减小了1.7%~3.3%、12.5%~14.5%和6.3%~7.8%;Nu随着β的增大呈现先减小后增大的趋势,但变化不大;倾斜螺旋片的PEC值均高于普通螺旋片,当β=10°时PEC值最高,相对于普通螺旋片的1.26~1.62,增大到1.38~1.71;采用倾斜螺旋片强化的火积耗散率均低于采用普通螺旋片强化的火积耗散率,当β=10°时,火积耗散率最小,与等泵功条件下所得出的结论吻合.     

倾斜螺旋片强化的套管换热器数值模拟

为了减小螺旋片强化的套管换热器的摩擦阻力系数f,提出倾斜螺旋片强化的方法.基于RNG k-ε模型对倾斜螺旋片强化的套管换热器进行模拟;将雷诺数Re为2 362～16 860范围内螺旋升角α为35°,螺旋片倾斜角β为5°、10°、15°时的传热性能与光滑管以及α为35°的普通螺旋片强化管的传热性能进行对比;考察f、努塞尔数Nu和综合传热性能PEC值的变化规律;并运用火积耗散理论对传热性能进行分析.结果表明：模拟结果与实验结果吻合较好,证明模拟方法是可行的;普通螺旋片和倾斜螺旋片均有强化传热的作用,与普通螺旋片相比,倾斜螺旋片能够有效地减小f,且对f的减小程度随着β的增大呈现出先增大后减小的趋势,分别减小1.7%～3.3%、12.5%～14.5%和6.3%～7.8%;Nu随着β的增大呈现先减小后增大的趋势,但变化不大;倾斜螺旋片的PEC值均高于普通螺旋片,当β为10°时PEC值最高,相对于普通螺旋片的1.26～1.62,增大到1.38～1.71;采用倾斜螺旋片强化的火积耗散率均低于采用普通螺旋片强化的火积耗散率,当β为10°时,火积耗散率最小,与等泵功条件下所得出的结论吻合.     

错位角对管内双螺旋扭带层流换热特性的影响

为了提高管内层流换热性能,根据螺旋扭带的传热强化机理开发了双螺旋扭带作为管内扰流元件.在管内双螺旋扭带间隙比和长径比不变的情况下,通过数值模拟对内置不同错位角的双螺旋扭带在Re=100~1 200范围内的管内层流换热与流动特性进行研究.结果表明:在Re500情况下错位角为0°的连续扭带Nu最大;当Re=500~1 200时,Nu分别在错位角为60°和错位角为0°达到最大值和最小值,前者比后者大2%~12%;阻力系数f在Re=100~1 200范围内随雷诺数的增大而减小,随扭带错位角的增大而增大;当100Re≤900时,错位角为0°对应的强化传热比PEC最大,而在Re900情况下,PEC在60°错位角最好,Re500情况下,90°错位角的PEC值最小,始终小于其它错位角,在双螺旋扭带结构设计中应引起注意.     

自转塑料螺旋齿管自动清洗及传热强化技术

针对数量最多的低流速传热设备的污垢问题，研究了具有自动清洗和传热强化双重功能的塑料螺旋齿管自动清洗新技术，运用质点系动量矩原理对其结构设计原则进行了理论分析，并且设计了三种不同结构的螺旋齿管，试验研究结果为：内管直径较大为好，螺旋角常存在一个最小值，与自转清洗的塑料螺旋扭带相比；2060型螺旋齿管的自动清洗力矩增大141％，传热系数平均提高50％左右，流体阻力仍在工程应用的一般范围内，因此，该技术可以用于0．25m/s以上的低流速传热设备的自动清洗防垢和传热强化，具有很高的推广应用价值。     

双螺旋锥形混合器叶片结构对颗粒混合的影响

采用离散单元法（DEM）,通过数值模拟研究双螺旋锥形混合器的叶片结构对颗粒混合的影响. 研究主要考察螺径比（双螺旋叶片的螺距和螺旋直径的比例）以及螺旋直径比（较短螺杆和较长螺杆的螺旋叶片直径的比例）对混合器混合效率、设备功率、设备磨损等的影响. 结果表明,不同双螺旋锥形混合器的叶片结构对颗粒的混合、设备功率、设备磨损产生影响,但是总体而言,在不同叶片结构的混合器中,颗粒经过100 s的混合之后都能够达到完全混合状态. 当保持其他参数不变时,随着螺径比的增大,混合器混合效率基本一致,设备功率增大,而设备磨损减小;随着螺旋直径比的增大,混合器混合效率有所提升,设备功率增大,而设备磨损并没有显著的改变.     

旋流片内插缩放板的强化传热数值模拟

对旋流片插入平行缩放板的传热与流阻性能进行了数值模拟研究．结束表明：旋流片产生的螺旋流能够减薄边界层,增加流体的湍流度,从而进行强化传热．在19000〈RP〈36000时,局部努赛尔数和阻力系数都沿着流体流动方向减小,而局部综合传热因子的变化趋势是先增大而后降低．数值模拟结果还表明,与空的平板相比,在缩放板内插旋流片流道中速度与温度梯度夹角的余弦值变大,速度场和温度场的协同程度有所增大．     

偏心螺旋套管环形侧流动及换热特性数值研究

换热器作为关键设备,广泛运用于能源高效利用及能量交换等领域.其中,螺旋套管换热器是高效紧凑的流体换热设备,换热能力受流体物性、管材以及结构等因素的影响.内管偏心对螺旋套管环形侧的流动和换热特性具有重要影响.文中通过数值方法模拟了不同偏心程度的螺旋套管,探究对比了五个偏心率对应环形流道的流动阻力及换热特性.研究结果表明:偏心螺旋套管环形侧的努塞尔数(Nu_(a))和摩擦因数(f_(a))随着内管偏心率的增加分别增大和减小.当偏心率从0增加至0.8,偏心螺旋套管环形侧的努塞尔数(Nu_(a))和摩擦因数(f_(a))分别增加9.8%和减小5.1%.此外,以同心直套管环形侧为强化传热技术评价的参照,偏心率为0.8的螺旋套管换热器的环形流道的综合传热性能PEC_(a)为1.39.与同心螺旋结构相比,偏心螺旋套管环形侧的PEC_(a)增加了11.9%.     

螺旋线圈强化管内单相流体传热的研究

研究了内插螺旋线圈的水平圆管内水的对流强化传热及流阻特性,探索了螺旋丝径不变,螺距变化对传热及流体阻力的影响;螺距不变,螺旋丝径变化对传热及流体阻力的影响.实验采用25mm×2mm的紫铜圆管,实验段长1.68m,管内走水,Re数的范围在3000～25000之间.通过对实验数据的多元线性回归,得到了传热与流体阻力的实验关联式,采用(Nus/Nu)3.5/(fs/f)作为评估传热与流阻性能的综合判据,实验结果表明在实验范围内,(Nus/Nu)3.5/(fs/f)的值在1.2～10.7之间,大于1,说明插入螺旋线圈有效地强化了管内传热.     

聚氨酯/聚丙烯腈扭曲螺旋纳米纤维的电纺制备

用静电纺丝法对聚氨酯在不同质量分数(4%～16%)和不同电压(14 kV～26 kV)下的可纺性进行了研究;制备了聚氨酯/聚丙烯腈共混溶液的扭曲螺旋纤维,研究了聚氨酯和聚丙烯腈不同质量比以及电压对扭曲螺旋纤维形貌的影响.研究结果表明:聚氨酯的质量分数为13%、电压为20 kV时得到的纤维形貌最好;聚氨酯和聚丙烯腈质量比在1:1～13:5之间均可得到扭曲螺旋结构的纳米纤维;随着聚氨酯和聚丙烯腈质量比的增加,所得螺旋纤维螺旋环的螺距增大,螺旋环的直径变小;当电压增大时,扭曲螺旋环的螺距减小,螺旋环的直径变大.     

变角度连续螺旋折流板换热器优化结构的数值研究

针对螺旋折流板换热器壳程进口螺旋流动未充分发展区域分布特点,提出了一种变角度螺旋折流板换热器模型,采用Realizable k-ε模型方程对两种折流板形式的换热器流动和传热特性进行了数值研究,并对换热器传热强化机理进行了分析.结果表明:变角度螺旋折流板换热器能够减小壳程进口螺旋流动未充分发展段长度,增加壳程整体螺旋流动强度和流体流动传热速度场与温度场的协同性,强化换热器传热.螺旋角为10°+20°和15°+25°的变角度螺旋折流板换热器较常规螺旋折流板换热器综合性能分别提高7.10%~7.54%和2.88%~4.05%.     

垂直管内流动相变强化传热的研究

以异丙醇 -水溶液为研究物系 ,引入空气对垂直管内流动相变强化传热进行了实验研究。分析了气体对平均传热膜系数的影响 ,并发现传热膜系数随异种气体的引入量和液速的增加而增加 ,随浓度的增加而下降 ;壁面过热度随着液速和异种气速的增加而降低 ;并在此基础上获得流动相变强化传热的关联式。     

强化换热管冷却壁传热分析及结构优化

强化冷却水管的换热,对提高冷却壁的传热性能、延长冷却壁使用寿命有重要意义。利用Fluent数值模拟研究了丁胞管、螺纹管、扭曲椭圆管3种强化换热管对冷却壁换热性能的影响,并对强化换热管结构参数进行了优化,建议丁胞管结构参数设定如下：丁胞纵向间距为40 mm,径向丁胞数为4,丁胞半径为2 mm;螺纹管结构参数设定肋条数为4,肋高为1 mm,肋宽为5~7 mm,导程为25~40 mm;扭曲椭圆管结构参数设定导程不大于100 mm,短长轴之比取0.4~0.6 。对比分析实验结果表明：螺纹管和扭曲椭圆管对冷却壁强化换热效果较好,丁胞管较差,扭曲椭圆管可以在水管压力损失较小下实现较好的强化换热效果。     

管内插件在卧式中央热水机组中强化传热的应用

针对南方目前流行的三回程卧式中央热水机组传热效果差、热效率低的情况,分析了其根源,提出了在第三回程的烟管内加入一字纽带和螺旋线两种插件以强化换热效果的方法.经热工测试及计算表明效果明显,传热状况有较大改善. 更多还原     

管内填充环状金属多孔介质强化传热优化分析

在圆管内层流充分发展段填充环形金属多孔介质以实现强化传热,建立了流动与传热的数学模型,并着重分析了多孔介质填充位置对管内速度、温度分布以及传热综合性能的影响。数值模拟结果表明:填充金属多孔介质的区域温度非常均匀,速度分布趋于平坦,而未填充多孔介质的区域速度及温度梯度均较大,壁面与流体之间的换热显著增强;此外,对于填充一定截面积多孔介质的圆管,为获得较高的PEC值,宜将多孔介质的填充位置靠近圆管中心。     

螺旋槽管管内强化传热的三维数值模拟

基于周期段模型,对不同结构参数的螺旋槽管管内流动和换热进行了三维数值模拟,得到了管内流体湍流流动的速度场和温度场的细观分布.结果表明,随着槽深增大,螺旋槽管换热性能增强的同时阻力系数也相应增大;随着螺距增大,其换热性能减弱且阻力系数明显减小.最后,结合模拟结果数据,拟合出了努赛尔数Nu和阻力系数f的相应关联式.     

内置旋流器紊流传热的研究

对管内置螺旋旋流器不同螺距、不同内件长度情况的换热管进行了实验研究 ,介绍了实验装置 ,阐述了实验现象 ,分析了其强化传热的机理 ,实验结果与理论分析结果吻合。在相同流量的情况下 ,管内侧换热系数与内置旋流器的长度和螺距有一定的关系。减小内件螺距 ,其换热性能相当于增加了裸管的长度。由于流体在管内是以螺旋状前进的 ,其离心力有利于管内温度场不均匀分布冷介质的强化传热 ,并有使温度场均匀化的趋势 ,其作用的大小取决于管内温度场不均匀程度。内件在长度方向上存在有尾流影响区域 ,其影响区域的长短与流速大小有关 ,当流速达到一定值后 ,部分内件的效果与全程内件效果相同。为高效紧凑换热器的设计提供了一种方式     

声空化污水换热器的防除垢与强化换热实验

为解决污水源热泵系统中污水换热器结垢导致的热阻增大、传热效果恶化问题,将声空化技术引入污水换热器中.搭建声空化污水换热器的防除垢与强化换热动态实验台,研究防除垢与强化换热的数学模型,对不同影响参数下污水换热器换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果开展实验研究.结果表明:换热管结垢量、结垢率、积垢速率及污垢厚度均随污水流速的降低而增大,最大结垢量为106 g,结垢厚度0.54 mm,积垢速率为12.6 kg/(m~2獉h);除垢率随流速及声空化作用时间的增大而增大,但非一直增大,最大除垢率达85.7%;污水黏度对各项指标影响巨大且流速越小影响越大;换热管的传热系数及其提高百分比均随声空化作用时间、污水温度以及污垢含水率的增加而增大,最大提高百分比达53.4%.故声空化污水换热器防除垢与强化换热具有一定的可行性和高效性,对节能减排具有重要意义.     

内置螺旋线圈换热管换热分析及数值模拟

概述了螺旋线圈装置的强化传热原理。通过建立光管和内置螺旋线圈换热管的三维流动模型,利用Fluent软件以黏性流体变压器油为研究对象对换热管内速度场、温度场、压力场以及换热过程进行了数值模拟。对比两种模拟结果表明,内置螺旋线圈的换热管内流体流动比较复杂,流体在近壁面处呈明显的螺旋流动,流体的径向速度和切向速度都有提高。总的来说,换热管内布置了螺旋线圈以后流体在其中的流动比在光管内有更强的湍流度,且能够打破流体的速度边界层,增强了流体的对流换热,极大提高了传热系数。     

混沌对流强化传热的场协同分析

基于采用周期性计算模型得到的混沌对流流道内的流体流动与传热数值计算结果,应用场协同原理,对混沌对流内强化传热进行分析.分析了混沌流道截面上流场与温度场的协同关系,讨论了流道内不同雷诺数下Nusselt数与平均流速与温度梯度矢量积和平均协同角的对应变化趋势,并与普通直流道内层流下的流动与传热场协同情况进行了对比.结果表明,混沌流道改变了流体在流道内速度场的分布,流场的变化影响了温度场的分布,使得两场的协同效果得到明显的改善,从而强化传热.在整个流道内,混沌对流的Nusselt数与速度和温度梯度两矢量的点积具有相同变化关系,混沌对流强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系.     

蒸汽压缩式热泵的有限时间热力学分析及优化

基于有限时间热力学理论,在保持无因次制热率RQ为定值的条件下,建立了使得无因次熵产率σs最小的最佳温差分布模型,并分析了热泵机组中用无量纲参数表征的冷热端传热温差x、y,外界高低温热源温差α和冷热端传热性能比β对系统性能的影响.结果表明：在不增加传热温差所造成的不可损失的前提下,可采用增加β的方法来提高制热率,如增大冷凝器面积或传热系数;在冷凝器与蒸发器传热性能及制热率确定的情况下,为减小不可逆损失应提高高温热源温度.