管壳式换热器壳侧传热与阻力性能的实验研究与预测

设计并建立了换热器传热与阻力的综合性能实验台,对1种弓形折流板换热器和2种连续螺旋折流板换热器壳侧的传热及阻力性能进行了实验研究,实验介质管侧为水,壳侧为油;同时基于壳侧传热实验数据;应用遗传算法预测了换热器的总换热量。实验结果表明:在相同的壳侧流量下,螺旋折流板换热器的阻力要高于弓型折流板换热器,正进正出螺旋折流板换热器的阻力高于侧进侧出螺旋折流板换热器;螺旋折流板换热器的换热系数高于弓型折流板换热器,侧进侧出螺旋折流板换热器高于正进正出螺旋折流板换热器,而且流量越大这种优势越明显。预测结果表明通过遗传算法得到的传热关联式所得的换热量比采用线性回归所得的更加接近实验数据,表明遗传算法可应用于工程中换热设备性能的预测。     

螺旋折流板换热器热力设计方法及其实验校核

提出了用于螺旋折流板换热器壳侧阻力及换热性能预测的关联式,即通过一系列修正因子对流体掠过理想管束的阻力及换热关联式进行修正后获得具体换热器的阻力及换热性能参数,并基于Bell-Delaware方法,总结了用于螺旋折流板换热器的热力设计方法,该方法可用于螺旋折流板换热器的设计和校核。同时,选用一台螺旋折流板油冷器实际产品进行了实验测试,获得了其壳侧压降和总传热系数,并将测试获得的壳侧压降和总传热系数用于热力设计方法的校核,通过对比发现,所提出的热力设计方法可以基本满足工业设计的初步设计要求。     

超临界压力下二氧化碳在套管换热器内传热特性数值模拟

在超临界二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程中，存在超临界压力下冷热2股二氧化碳间的流动传热过程，其传热特性是影响相应系统性能的关键。本文以套管换热器为原型，对超临界压力下的冷热二氧化碳间的传热特性开展了数值模拟研究，分析了热流体入口温度、冷热流体入口流量对于传热特性的影响和周向的传热特性分布。结果表明:随着热流体入口温度的变化，热侧和冷侧的局部换热系数产生相应的变化和波动，同时冷侧局部换热系数在主流温度接近拟临界温度时，会出现明显的传热强化现象；另外，热侧二氧化碳质量流量的上升，会使得热侧换热系数提高，冷侧换热系数峰值减小且向冷流体入口处移动，而随着冷侧质量流量的上升，冷侧换热系数峰值增大且向冷流体出口处移动。这是由于套管换热器为水平布置，传热特性在周向上产生了明显的不均匀现象，其与流体密度变化在重力作用下的局部湍流效应增强和削弱有关。本研究对新型二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程的开发和设计具有指导意义。     

钛管折流杆换热器的设计与制造

钛材具有优异的力学性能,密度小,耐腐蚀性能较好。在较高流速的海水中,钛管的耐冲刷性能尤为突出。电站中大容量水-水换热器采用的钛管壁厚较薄,钛管可能因振动而破损,为避免钛管在运行中出现的振动问题,设计了折流杆式换热器,这种换热器的特点是壳程内不设置折流板,利用折流杆组成的折流圈代替折流板,实现对换热管的支撑,将折流板换热器的横掠管束改成折流杆换热器的纵掠管束,可防止壳侧流体对换热管的诱导振动,同时提高了换热效率,降低了壳程阻力。     

600MW煤基超临界二氧化碳循环PCHE预冷器设计及传热特性研究EI北大核心CSCD

为对超临界二氧化碳循环预冷器进行概念设计并探究其传热特性,构建了印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)预冷器的变结构分段设计模型,对600MW煤基超临界二氧化碳循环PCHE预冷器开展设计计算和传热特性研究,在定换热量条件下分析冷热侧质量流量与预冷器设计参数的变化关系,探讨其内部传热特性,并给出预冷器设计方案。结果表明:预冷器内S-CO_(2)拟临界工况使温度呈非线性变化,热侧工质物性变化对预冷器整体传热性能的影响更加明显;热侧单通道入口质量流量增加3倍能使平均传热系数提高54.21%,但最小温差值降低53.38%,冷侧单通道入口质量流量的增加仅能强化冷侧传热;设计时可优先选取体积为优化目标以确定截面通道数及热侧入口参数,冷侧水量选取应权衡尺寸及压降关系;最终,该方案选取预冷器内冷热侧单通道入口质量流量分别为2.2和0.75g/s,与已有结果相比该预冷器体积可减小10.50%,夹点温差提高1℃。     

直接空冷单排管换热器试验研究

通过试验研究掌握单排管换热器流动和传热规律,对于空冷技术的国产化具有重要的意义。详细介绍了试验台架系统和测量方案。在深入分析了单排管换热器流动和传热过程的基础上,利用传热风洞对单排管换热器进行了热工水力试验研究。采用保持空气入口温度不变,同时固定初始温差的方法,综合考察了单排管换热器的流动阻力和空气侧传热系数等关键参数,得到了在不同空气迎面风速下流动阻力和传热的关联方程式,为工程优化设计提供依据。另外,还分析了不凝结气体对单排管换热器传热性能的影响。     

高压多组分合成气冷却器的数值模拟

合成气换热器是整体煤气化联合循环（integratedgasification combined cycle,IGCC）系统的重要组成部分,装有煤气冷却器的气化炉可对合成气的物理显热进行回收利用,提高IGCC系统效率。该文利用多孔介质模型对燃气冷却器中水与高压合成气之间的换热进行了模拟研究,将孔隙率、分布阻力、分布热源通过用户自定义函数耦合进FLUENT进行计算。并对比了不同的折流板布置方式对换热的影响。结果显示多孔介质模型可以很好地模拟燃气冷却器壳程流体的流动和换热;适当减少折流板数目可以有效降低壳程流体的压力降,并且对换热的影响不大。     

整流板对T型分流三通管局部阻力特性影响的数值研究

三通管的阻力特性对管网系统的流量分配及经济输送有着显著影响。以某电厂热一次风管道中的T型分流三通管为研究对象,采用Fluent软件对安装整流板后的三通管道进行数值模拟,分析不同形式整流板对三通管内流体阻力特性的影响,并通过能量耗散分布分析了整流板的减阻机理。模拟结果表明:安装整流板后,侧支管局部阻力系数ζ01明显减小,其中基于流场特征确定的方案3减阻效果最好;整流板高度对ζ01影响较大,当流量比q较小时,ζ01随整流板高径比h增加而减小;q较大时,随h增加,ζ01先减小后增加,其中h=0.38时减阻率最大,为40.6%;整流板长度对ζ01影响较小,q较小时,ζ01随整流板长径比l的增加小幅度降低;q=0.6时,随l增加,局部阻力系数先减小然后趋于不变,其中l=3.13时减阻率最大,为40.2%;q较大时,随l增加,ζ01略微增大。     

大型板式换热器流体阻力特性试验研究

测试大型液-液无相变人字板式换热器不同板型、不同板片数样机的流体阻力性能,研究准则方程式法计算换热器压降与实测压降的关系。利用大型流体阻力测试装置搭建试验台,根据国标要求测试板片数分别为7片和99片,板型分别为高效-高效型、低效-低效型、高效-低效型时样机的流体阻力特性,结果显示样机板型不变板片数增多时,压降随流量增大而增加;样机板片数不变仅板型不同时,压降比基本稳定。实测某国产大型混装人字板式换热器不同流量下的压降,并与不同样机所得欧拉-雷诺准则方程计算的理论压降进行比较,发现样机板片数为7片时偏差大且不稳定;样机板片数为99片时,偏差小且稳定。偏差来源于板片间流速的不均匀分布,样机板片数与产品实际板片数相差太多时,不适于用雷诺-欧拉准则方法计算理论压降。     

套管双壳程连续螺旋折流板换热器性能数值模拟研究

研究了一种新型套管双壳程连续螺旋折流板换热器,套管将壳程分为内外两部分,内壳程无折流板,外壳程采用连续螺旋折流板。建立了换热器的三维模型,采用分离式求解器,SIMPLE算法,k-湍流模型,借用CFD软件FLUENT对套管双壳程连续螺旋折流板换热器和传统弓形折流板及传统单壳程连续螺旋折流板换热器壳程流动和换热特性进行模拟研究,结果表明:相同壳程进口流速下,套管双壳程连续螺旋折流板换热器的壳程压力降比弓形折流板和单壳程连续螺旋折流板换热器降低平均值分别为62.17%和22.76%,传热速率比这两种换热器均提高了25.98%和21.79%,单位传热量的压力降相比于这两种换热器降低平均值分别为68.93%和38.69%。     

热管烟气换热器在湿法脱硫工艺中的应用及比较

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统中有几种换热器,热管烟气换热器具有传热效率高、流体阻力损失小、烟 气不泄漏、脱硫率高、没有附加动力消耗、运行及维护费用低等优点,该换热器更适合石灰石-石膏湿法烟气脱硫系 统。热管烟气换热器设计、制造时,应注意热管烟气换热器低于酸露点温度区的酸腐蚀;合理控制热管壁温;选择合适 的烟气流速;合理布置管排;采用合适的清灰方式和注意换热器中孔板的密封。     

华能海门电厂超超临界机组水-水换热器的选型

换热器是使热量从热流体传递给冷流体,以满足规定的工艺要求的一种装置。通过闭式循环冷却水系统中水-水换热器的选型论证,详细分析管壳式换热器与板式换热器的结构特点、技术性能、经济效益,可为相似工程的水-水换热器的选型提供参考。     

对流换热对覆冰导线高频融冰温度分布的影响

根据流体力学的基本原理,应用有限元分析软件ANSYS建立覆冰导线高频融冰时的外流场模型,得到覆冰导线高频融冰时的周围空气流场、压力场分布规律及覆冰导线表面对流换热差异性。分析了高频融冰过程中的热量损失和对流换热的影响因素,通过电磁与热分析,揭示了高频激励融冰过程呈不均匀非对称融冰规律,覆冰导线迎风侧压力大、温度低,背风侧压力小、温度高,表明不均匀对流换热使覆冰导线背风侧先融化,迎风侧后融化。在环境温度和覆冰厚度一定的条件下,覆冰导线外表面温度随对流换热系数的增大而降低。     

微通道换热器在饮料柜上应用实验研究

本文对微通道换热器进行了论述。将微通道换热器作为冷凝器用到饮料柜中,分别对铜管翅片式冷凝器的饮料柜和微通道冷凝器的饮料柜进行了性能实验。从制冷剂充灌量、柜内温度、耗电量等几个方面进行了对比,结果表明用微通道换热器作为饮料柜的冷凝器具有高效、减少制冷剂充注量、成本低等优点。尽管存在微小不足,但可以证明微通道换热器应用于饮料柜上是可行的。     

循环流化床锅炉外置换热器低温过热器受热面温升调节特性研究

针对某670 t/h循环流化床(CFB)锅炉30种运行工况进行测量,并采用最优回归分析法对分流回灰换热器布置有一级低温过热器的温升调节控制特性进行分析.结果表明,锅炉负荷率、炉膛上部静压差、旋风筒回料温度、外置换热器进口汽温、分配室风量、内均流室风量、外均流室风量、换热室风量等参数对一级低温过热器温升的影响不尽相同,其中内、外均流室风量是一级低温过热器温升的主要调节参数,其调节幅度可满足锅炉实际运行要求.     

新型冷却结构超高精度平面电机定子温度场分析

根据超高精度平面电机温升指标和运行特点,采用一种新型的双层直接水冷结构形成热绝缘,减少热量的扩散。根据计算流体力学理论,对试验样机的定子部件建立数学模型,运用ANSYS Workbench软件中FLUENT模块对平面电机定子流固耦合传热模型进行仿真计算,得到不同水冷结构和不同工况下冷却液的流场、定子部件的温度场分布。将耦合场计算结果与实测结果进行对比分析,确定定子部件局部热点、温度传感器的安放位置和不同工况下冷却液的流量。研究结果为平面电机的结构、驱动器和冷却系统的优化设计提供了理论依据。     

电机变频控制实现换热器节能的应用研究

结合寒冷地区气候特点与通信机房温控的现状,针对50%浓度乙二醇溶液为工质的换热器,试验研究了自然冷源利用率与换热器自身变频节能的关系。结合乙二醇冷剂的特性,通过建立功率与频率关系模型、温差与功率和频率关系模型,实现了换热器循环泵和风机的变频控制策略。结果表明:在室内外温差、换热功率与循环泵、风机频率同时满足的条件下,以功率模型作为参数进行换热器自身的变频节能是可行的。通过对哈尔滨地区的气候数据与散热房控温试验分析,证明了乙二醇换热器的变频节能效果。     

一种轴向风冷结构对高速永磁电机转子温升的抑制研究

在变频器驱动方式下,高速永磁电机具有较大的转子涡流损耗,由于其转子的散热能力较差,易使永磁体温升较高,而发生不可逆失磁现象。采用机壳水冷结构可以有效地带走电机定子侧的热量,但是对于高速永磁电机的转子部位,水冷结构的冷却效果有限。以一台15 kW、30 000 r/min的高速永磁电机为例,设计了一种风、水混合冷却结构,基于流固耦合的计算方法分析了水速、风向以及不同风道截面积对电机永磁体部位温升的影响,并得出了相对的最优值。与仅采用水冷结构相比,增加该风冷结构可使永磁体温升降低了18.1 K,该结构可对大功率高速永磁电机的冷却系统设计提供一定的参考。     

基于流固耦合方法的真空泵用屏蔽电机冷却系统分析

针对罗茨真空泵驱动电机在特殊环境下运行温升过高而导致电机烧毁的问题,通过流固耦合法综合选择合适的冷却系统,以保证电机的有效散热。以5 kW电机为研究对象,通过有限元法建立周向螺旋水路和轴向折返水路的电机仿真模型。基于流固耦合传热理论,分析电机内冷却介质的流动状态和电机温度分布,利用计算流体动力学(CFD)和温度场从流速、进出水口压差、电机鼠笼和绕组的温度分布等方面综合比较并选择更合适的冷却水路结构和尺寸配置。最后,对相应样机进行温升试验。试验数据与仿真数据吻合较好,从而验证了冷却系统设计的合理性以及仿真分析的准确性,为产品批量生产提供了科学依据。     

干式涡旋真空泵用特种电机温度场仿真与实验

针对单相电源供电干式涡旋真空泵用特种电机温升过高经常烧毁的问题,对采用电子移相方式运行的新研发电机的温度场进行仿真计算和实验分析。以抽速为2 L/s的干式涡旋真空泵电机为例,利用有限元分析法建立其温度场计算的仿真模型,设置热源激励和散热边界条件,获得了新研发电机内部各个部件温度场分布特征;对研发的单相电源供电干式涡旋真空泵用特种电机进行温升实验,获得了从冷态起动到温升稳定过程中关键部件温度随时间变化特性曲线。温度场分析和实验结果表明,所研发电机温度分布合理,电机内最高温度点的温升尚有安全裕度,为新产品批量生产提供了科学依据。