热管换热器的积灰与清灰

<正> 热管换热器是一种新型高效换热设备。它具有传热效率高、体积小、重量轻、没有运动件,不需动力、流动阻力小、冷热流体不掺混等优点,因此在工业实践中为很多用户所采用。热管换热器的先进性能显示了其在余热回收应用中的广阔前景,但目前没有被大量采     

实践节能基础(十)

<正> 1.换热器基础 1.1 换热与换热器的形式进行换热的形式,可以根据两种流体的种类、两种流体之间有无间壁、换热器的种类和流动的方向等进行分类。表1给出的是按照两种流体种类区分的换热器的例子。对于表1来说,一次流体是热流体,二次流体是冷流体。     

基于CFD数值模拟的单通道流动分析及结构优化

为探究板式换热器内流体流动不均匀问题对换热器流体分配的影响,本文利用CFD软件对板式换热器单通道单边流流动和对角流流动进行了模拟分析,发现两种流动中都存在着流动不均匀现象,两种流动中最不均匀流动发生在进出口区与换热区交界附近,相对于平均流量差异最大可达35.9%;对角流流动中相邻截面之间的流量差异最大可达30.8%。针对模拟结果,提出改变单通道分配区域的方法,来消除部分流体分流后的压降和阻力差。优化后单边流流动和对角流流动的最大流体分配差异分别为7.7%和5.5%,极大缓解了流道中分配不均匀的问题。     

热管换热器内部流动与换热的数值模拟

单螺旋翅片热管管束的翅片结构中心对称处存在流体流动及换热不足,因此,将单螺旋翅片结构改为新型双螺旋翅片结构,并利用Fluent软件模拟分析改进后流场与温度场的变化情况。结果表明:在Re=500~6 500时,与未加翅片相比,单螺旋翅片热管换热增强33%~51%,摩擦阻力系数增加6%~24%;双螺旋翅片热管换热增强69%~84%,摩擦阻力系数增加19%~48%。且双螺旋结构的综合性能明显优于单螺旋结构的综合性能,且在Re=2 000时性能表现最优。根据场协同原理可知,双螺旋翅片结构对流体的强烈扰动可促使流体的速度矢量与温度梯度矢量协同程度更好。综合比较得知双螺旋翅片热管更有利于强化换热。     

萘——水中温热管换热器的模拟研究

文中利用CFD软件,对由萘热管和水热管组成的中温热管换热器进行数值模拟计算,分析换热器内的流场和温度场。结果表明,热流体入口温度和速度越高,换热器中热管内蒸汽温度越高,热管换热效果越好。但当热流体入口速度不变,温度高于683 K,或者热流体入口温度不变,速度高于3. 0 m/s时,萘热管和水热管衔接处水热管内蒸汽温度超过了水热管的工作极限温度。     

换热器内纳米流体换热与压降特性的分析

以人字形板式换热器翅片的单元流道二维截面为几何模型,采用Fluent软件对换热介质分别为水、水基Al_2O_3纳米流体和水基CuO纳米流体进行换热、压降特性的数值分析,结果表明:在水中添加纳米颗粒可以提高流体的换热能力,且随着纳米颗粒体积分数的增加,努塞尔数随之增大,同时,纳米颗粒体积分数为3.0%时,流体对应的努塞尔数增幅明显高于1.0%～2.0%的水基Al_2O_3纳米流体。但结果还表明,纳米颗粒体积分数为3.0%的水基Al_2O_3纳米流体对应的压降最高,不利于流体流动,因而在将纳米流体作为流动换热介质时,应该综合考虑换热与压降的影响。另外,在相同纳米颗粒体积分数以及入口雷诺数时,水基Al_2O_3纳米流体换热能力高于水基CuO纳米流体,但两者的流动压降几乎相同,因而应优先选用Al_2O_3纳米颗粒。由于目前将纳米流体与换热器相结合的相关研究较少,因而得出数值结论对纳米流体在换热器中的应用设计具有一定的参考意义。     

麻面管管内流动与传热特性的数值分析

采用三维数值模拟方法,研究了麻面管的结构参数对流体流动和换热特性的影响,运用多元线性回归的方法,分别拟合出换热与阻力的准则关联式。结果表明:管内壁面的周期性凸包对近壁处边界层有较好的扰动作用,改善了流体速度场与温度场的协同性,实现了强化换热;相比于光管,麻面管的努塞尔数Nu增幅为16%～40%,摩擦阻力系数f增幅为15%～53%,综合换热性能指标C_(PEC)范围在1.05～2.5,与光管换热器相比,当换热量与流体功耗相同时,麻面管换热器的相对换热面积可减小10%～35%,当换热面积与流体功耗相同时,相对换热量可提高1.08～1.36倍,极大地提升了换热器的经济性。     

脉动热管与纳米流体技术在换热器上应用的研究现状及展望

在阐述脉动热管与纳米流体技术在提高换热器效率的基础上,进一步分析了现有研究的特点与存在的问题,提出了在未来的强化换热技术中,脉动热管技术、纳米流体技术以及这2种技术的结合使用,将是强化换热技术的一个重要发展方向。     

旋转状态下工质冷凝换热特性的实验研究

旋转产生的旋转附加力对板式冷凝器通道中流体的流动状态产生扰动,影响流体的换热性能。建立旋转换热实验台对不同转速下板式冷凝换热器的冷凝换热特性进行研究。实验结果表明:随着转速的增加,换热器的换热性能呈现增加趋势。同一工质流量和冷却水流量时,转速在0~48 rpm范围内时,板式冷凝器的总传热系数最大增加幅度37.89%,R22侧换热系数最大增加幅度为27.95%,冷却水侧换热系数增加幅度基本保持在12%左右。综合分析,当转速和流体流量在一定范围内时,转速对R22侧气液两相流体的冷凝换热性能影响较大,对单相冷却水侧的换热性能影响较小。     

板式相变储能换热器流动与换热性能实验研究

为了探究板式相变储能换热器在不同工作状态下的流动与换热性能,以及不同工况下的损失。通过实验研究换热流体的流速、温度以及板式相变储能的摆放位置对相变储能换热器出口温度、换热功率以及效率的影响。实验结果表明,在相变材料融化结束前,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度高,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度低;当相变材料融化结束后,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度低,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度高。换热流体温度高、流速低时,效率低;换热流体温度低、流速高时,效率高。相变储能换热器的摆放位置对换热器的流动与换热性能只产生微弱的影响。     

换热器最佳温度差的研究

在设计和选择换热器时,冷、热流体之间的温度差是首先要确定的参数。本研究表明：在高温换热器中,提高流体间的换热温差,可以减少换热器的面积;而在低温换热器中,较低的流体换热温差有助于热交换品质的改善。通过技术经济对比分析可以得到最佳的换热温差。分析研究了换热器设计中,如其对数平均温差不变,则换热器的热交换性能也不变这个普遍认可的观点。发现：即使当时数平均温差相同时,热交换过程的ｙｉｎｇ的损失也和流体进、出换热器两端的温度差之比有关。在相向流动的换热器中,热流体进口处的最佳温差值应该比其在冷流体进口处的值要大,热流体的比热容应该比冷流体的比热容要小。对于一个给定的热交换过程,可以应用本文所得的热论确定换热器两端的流体温差的最佳关系式或冷、热流体比热的最佳比率。     

圆弧形三角翼翅片管换热器流动与传热特性的数值模拟

采用三维数值模拟方法对加装圆弧形三角翼和直三角翼涡流发生器的翅片管换热器的流动与传热耦合特性进行了研究.结果表明:Re在500～5 000时,圆弧形三角翼和直三角翼均可以提高换热器的传热能力,圆弧形三角翼强化传热的效果略低于直三角翼,但其流动阻力明显小于直三角翼;换热管顺排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了7.3%～11.5%;换热管叉排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了8.2%～9.5%;涡流发生器可以使流体产生垂直于翅片方向的速度分量,改善流场中速度场和温度场的协同性,从而增强传热能力.     

基于VB和MATLAB的同心圆热管传热分析与结构优化

建立同心圆热管结构参数计算模型,运用VB和MATLAB软件,并与自编程序相结合,分析同心圆热管传热特性。研究结果表明:单根热管外壁换热系数随着翅片间距的增大而增加,但翅片间距越大,其翅片传热面积越小,翅片间距须大于相邻两翅表面间流体的流动边界厚度之和。凝结换热系数随内管径的增大而减小。经计算,模拟同心圆热管的最佳充液率为43.2%。     

水平螺旋管式换热器的流热耦合传热特性研究

针对轴封式核主泵的水平螺旋管换热器复杂的结构特点和特殊的运行环境,采用流热耦合的数值模拟方法分析壳侧流体的流量和温度改变对换热器的流场和温度场的影响,探究换热器壳侧进口参数对换热器内流体流动换热特性的影响规律,并采用相关传热准则数分析换热器强化传热性能。结果表明:水平螺旋管流体受曲率的影响产生离心力,形成了有别于直管流动换热的二次流,速度分布呈内凹的圆弧状,会增强换热器传热效率;随壳侧流速的增加,流体的扰动程度加强,湍流程度提高,同时压力损失无明显变化,换热器传热性能增强;在既定结构和尺寸下,由换热器的传热性能曲线可知,壳侧流量和雷诺数的增加对强化螺旋管传热有显著影响。实际工程应用中可采用适当提高换热器的壳侧流量的方法来加强传热。     

热管换热器的研制

热管换热器是一种新型的高效换热装置,具有传热效率高、体积小、结构简单、无运动部件、冷流体和热体无相互污染等优     

半圆柱空间异形孔板换热器热工水力性能的数值模拟

为研究半圆柱空间异形孔板换热器的流动与传热特性,建立换热器简化物理模型,运用ANSYS软件建立CFD模型进行数值模拟,分析了开孔形状与板间距的影响,并对比了半圆柱空间异形孔板换热器与弓形板换热器的联系与区别。研究结果表明：半圆柱异形孔板换热器壳侧流体呈纵向流动,壳侧流体通过孔隙形成射流冲刷管壁,具有强化传热作用;板间距一定,开孔面积相近时,开孔形状对壳侧压降的影响较小,对换热性能的影响稍大;板间距越小壳侧换热系数越高但其综合性能指标越小;圆头三角孔板换热器在板间距30 mm时的壳侧换热系数比40及50 mm方案分别高5.62%,10.06%,综合性能指标低1.44%,2.07%;异形孔板换热器的综合性能指标比弓形折流板换热器平均约高27.89%。     

非能动余热排出系统C型管换热器数值模拟

为保证在事故工况下非能动余热排除系统有效导出余热,对其主要设备PRHR热交换器进行换热特性研究,建立了非能动余热排出系统C型管换热器的内外耦合传热分析模型,采用一维均相流模型计算管内冷凝换热与CFD程序分析水池空间的自然对流。研究进口质量流量、进口流体含气率、管倾角和水箱温度对C型管换热器换热特性的影响。结果表明:C型管换热器入口倾斜段管内始终为饱和的两相流体,在竖直段与出口倾斜段,管内流体温度逐渐下降;管内压力、流体焓值和换热系数沿管长逐渐降低;大约在冷凝70 s后,管内流体参数趋于稳定;管壁温度在入口倾斜段迅速下降,在竖直段和出口段趋于平缓。增大进口质量流量与进口流体含气率,流体温度、流体焓以及管内外换热系数增加,并且沿流动方向受两者的影响逐渐减小;若管倾斜角度增大20°,出口倾斜段管内流体温度下降约3℃;当水箱温度升高10℃,汽泡生成与脱离速度加快,水箱内部换热增强,入口倾斜段外壁温升高2℃左右,出口倾斜段外壁温大约升高0.2℃。CFD模拟结果展示出水箱内汽泡大部分聚集在C型管上部并逐渐向上流动,致使热流体向上运动,冷流体向下流动,形成自然循环。     

换热管内转子强化换热的数值模拟

本文概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理。分别通过建立光管及内置多个转子换热管的三维流动模型,对换热管内流场、温度场、压力场以及换热过程进行了模拟,得到了管内流体的流动特性和传热特性。对比模拟结果表明,内置转子换热管管内的三维流动比较复杂,转子与管壁之间缝隙内的流体有着明显的环绕流动,切向速度和径向速度也增大到一定范围,转子旋转半径内的流体整体呈螺旋流动。总的来说,内置转子的换热管内较光管有较强的湍流度,尤其是近壁区域,因此强化了管内的对流换热,传热系数显著提高,从而验证了转子具有强化传热和自清洁的双重功能。     

竖直矩形窄通道内流动沸腾局部换热特性实验研究

为了明确竖直矩形窄通道内各阶段流动沸腾的换热特性,优化换热器性能,以去离子水为工质,对尺寸为720 mm×250 mm×3.5 mm的单面电加热竖直矩形窄通道内的流动沸腾换热进行实验研究,分析了质流密度、进口温度、热流密度对流动沸腾局部换热特性的影响。并在已有流动沸腾传热关联式的基础上,对实验数据进行非线性回归分析,得到适用于实验工况下的新流动沸腾传热关联式。结果表明：质流密度增大对流动沸腾段换热特性有强化作用,对核态沸腾段换热特性有削弱作用;热流密度对核态沸腾影响剧烈,但对流动沸腾的影响不明显;入口温度越高,流体会越早进入过冷沸腾阶段,但对局部传热系数的影响不明显;新流动沸腾传热关联式与实验值的平均相对误差为23.87%,其中74.19%的预测值在±25%内,83.87%的预测值在±50%以内,能很好地预测本实验工况下矩形窄通道内流动沸腾的局部传热系数。     

振荡流热管自激强化传热的可行性分析

围绕自激振荡流热管的工作特性,联系目前国内外纳米流体及非均匀截面结构在强化传热研究方面的最新进展,分析了在自激振荡流热管内的复杂相变换热条件下,通过采用纳米流体工质与非均匀管截面以实现振荡流热管自激强化传热的可行性,并提出了纳米流体的浓度、相容性、充液率以及管截面结构等需要解决的关键性技术问题。为下一步有针对性的强化传热实验研究和新型自激振荡流热管换热器的设计与开发提供了必要的理论依据。