大型换热器的热力设计与强化换热的研究进展

本文通过大量文献调研,针对目前常用的大型换热器-板式换热器和缠绕管式换热器的工作原理和换热影响关键因素以及强化换热进行了详细的阐述,并进行了下一步的展望。分析结果发现：对于板式换热器来说,目前人字型波纹板备受青睐,相关学者针对其波纹板形状和倾角对其换热性能进行了详细研究,提出了最小熵产法、场协同原理和火用耗散理论等优化方法 ;对于缠绕管式换热器来说,其流体流动和换热机理十分复杂,相关学者主要针对不同领域内缠绕管式换热器的应用、壳侧流动和管内流动三个方面展开相关研究。     

板棒式换热器传热与流阻性能研究

简要介绍了板棒式换热器的结构和工作原理,设计制造了板棒式换热器,对板棒式换热器进行了传热与流阻实验。实验结果表明总传热系数理论计算与实验结果吻合较好,验证了模型公式的正确性。板棒式换热器是一种性能优良、结构紧凑的高效换热器,在硫酸工业等气体换热场合将有广阔的应用前景。     

印刷电路板式换热器的研究及应用现状

对印刷电路板式换热器的结构及优势进行了介绍.从实验研究及数值研究两方面分别对近年来国内外学者对印刷电路板式换热器的研究情况做出总结.对不同工质、不同结构的印刷电路板式换热器的研究现状进行了概括.     

弓形折流板换热器壳程流体流动过程模拟及结构优化

折流板的结构参数是决定换热器性能的重要指标.采用传统弓形折流板,对折流板不同板距和不同缺口高度条件下换热器壳程流体的流动过程进行数值模拟.研究了换热器壳程流体的流动行为,全面分析了折流板结构参数对壳程流体流动、停留时间分布及压降的影响;综合考虑设备的能耗和性能,提出了折流板结构参数的合理取值范围,为工业上弓形折流板换热...     

水煤浆螺旋折流板预热器的流体力学和传热性能的数值模拟

有研究表明对入炉前的水煤浆进行预热可以提高其气化效率,今利用数值模拟方法,采用非牛顿流体Bingham模型,计算并比较螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器预热水煤浆时的流动换热性能。研究螺旋折流板换热器用于水煤浆预热的可行性以及螺旋角、搭接度对其流动换热性能的影响。结果表明:以单位压降的温升作为流动换热综合性能评价指标,螺旋折流板换热器更适于预热水煤浆。对螺旋折流板换热器,螺旋角和搭接度的变化对壳侧温升影响不大,而螺旋角的增大或搭接度减小能使壳侧压降明显降低。大螺旋角和小搭接度的换热器用于水煤浆预热时的流动换热性能更好。在螺旋角18°～40°、搭接度0%～50%,40°螺旋角,0%搭接度的螺旋折流板换热器的流动换热性能最好。研究结果可为选择水煤浆预热器的型式和结构参数提供参考。     

大型天然气液化用绕管式换热器换热管选型研究

对应用于大型天然气液化领域的绕管式换热器换热管与管板的连接性能进行研究,通过对不同牌号的铝换热管与管板连接性能进行分析及试验,开发出适用于该领域的铝换热管牌号及换热管与管板连接技术,主要采用试验的方法进行研究。     

考虑管壳式换热器传热强化的换热网络综合研究进展

换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好的经济效果。本文首先通过文献检索数据说明了在换热网络改造和设计中考虑传热强化技术的研究在近5年得到了研究者的关注。然后概述了管壳式换热器传热强化的基本原理及主要方式,分析了传热强化技术的应用对换热器传热性能的影响,系统总结了管壳式换热器传热强化技术的分类和强化效果。进一步从设计和改造两个方面,对换热网络优化中考虑管壳式换热器传热强化的应用研究进行了综述,展示了传热强化对换热网络设计和改造的效果和优势。最后对下一步的研究进行了展望,指出可进一步探究换热器传热强化设备几何尺寸和换热网络同步优化、传热强化和换热器详细设计同步优化等。     

浮头式热器管板计算问题的讨论

随着工业的发展,换热器成为石油、化工、冶金、电力、轻工等业普遍应用的一种工艺设备.管壳式换热器在工业装置的换热设备中占有相当的比重.管板是管壳式换热器的主要部件,管板的设计是否合理对确保换热器的安全运行,节约材料,降低制造成本及减少加工制造困难是至关重要的.而管板的计算方法又有多种,情况也十分复杂.     

预变形加载方式对预应力换热器性能的影响

通过建立由壳体、管板以及换热管等构成的固定管板换热器有限元分析模型,研究了不同的制造技术对预应力换热器性能的影响,探讨了给定温度场下,两种预变形加载方式对管板强度的影响,得到了管板与管子连接局部应力随预变形变化的规律。研究发现,两种制造技术得到的预应力换热器都能显著降低管子与管板连接局部的应力集中,而分段加载技术具有更强的适应性和经济性。     

板式换热器及其在小氮肥工业上的应用

一,概述板式换热器是一种利用单片金属薄板或压型板所组成的换热设备。利用板片作为换热表面已有100多年的历史。最早用于食品工业,到了四十年代,开始应用到化学工业中。五十年代初期,已作为标准的工业单元设备进行设计和制造。广泛地用于化工、轻工、炼油、医药、纺织等行业。世界上工业发达的国     

FLNG用印刷板路换热器技术特点及发展趋势

印刷板路式换热器（PCHE）可兼顾紧凑高效和安全可靠,是一种在浮式液化天然气生产储卸装置（FLNG）中有良好应用前景的换热器型式。综述了PCHE的研究现状,包括PCHE结构分类、换热特性和阻力特性的研究,总结了PCHE在FLNG领域应用的现状,分析了PCHE在FLNG领域应用的难点,包括FLNG中PCHE结构选型、晃荡工况对换热器的影响机制和抑制晃荡导致传热恶化的措施,为应用于FLNG晃荡工况的PCHE设计提供理论依据与研究方向。     

印刷电路板式换热器内超临界甲烷流动换热特性模拟

印刷电路板式换热器（printed circuit heat exchanger,PCHE）作为一种新型高效微通道换热器,将其应用在LNG浮式储存与气化装置（FSRU）上具有非常大的潜力。对超临界甲烷在PCHE通道中的流动和传热特性进行了数值模拟,结果表明：传热系数随温度先增大后减小,并在准临界温度（202～212 K）处达到峰值;压降随温度先保持不变,然后在准临界温度附近急剧上升,之后随温度增大的趋势变缓;当温度在准临界温度附近时,低质流密度下增大热通量会恶化传热;不同压力下传热系数均在准临界温度处达到峰值;温度低于准临界温度时,压力对压降的影响可以忽略,温度高于准临界温度时,压降随压力增大而显著降低;压力由6.4M Pa提高到8.5 MPa时,传热最大降低32.5%,压降最大降低28.5%;开发的换热和压降关联式平均误差分别为5.6%和4.2%。     

正弦波纹流道印刷电路板换热器热工水力性能

印刷电路板换热器换热性能好、紧凑性高，在超临界CO₂布雷顿循环等领域有着广阔的应用前景。本文通过数值计算，首先比较了湍流条件下15°～30°范围内不同波纹角对正弦波纹流道流动换热性能的影响，结果表明，波纹流道内的换热效果随波纹角的增大而增强（换热量最大增长了7.1%），且热侧的压降相对于冷侧增大更明显。其次，分节研究并分析了流道内不同区域的局部流动换热特性，发现了在热侧和冷侧入口区域各存在着1个大、小温差区，同时，需要对入口处进行合理的优化设计以减小入口处的压降。最后，进一步设计了一种“正弦波纹+直通道”的复合结构并初步探究了该结构的流动换热性能。     

Thermal-hydraulic performance of sinusoidal channel printed circuit heat exchanger

Printed circuit heat exchanger (PCHE) is a promising candidate in the field of supercritical CO₂ Brayton cycle due to its high thermal efficiency and compactness. In this paper, the effects of wave angles (15°—30°) on the heat transfer performance of sinusoidal channels under turbulent conditions are numerically studied at first. The results show that the heat transfer performance increases with the increase of wave angle (the maximum increase of the heat transfer rate is 7.1%), while the pressure drop on the hot side increases more significantly when compared with that on the cold side. Secondly, the local flow and heat transfer characteristics in the different regions of the channels are analyzed by pitches. Zones with large and small temperature differences are observed in the inlet zones on the hot and cold sides, respectively. Meanwhile, the inlet zones are found to be related to great pressure drops and should be carefully optimized. Finally, a novel hybrid structure of sinusoidal channel combined with straight channel is designed and its thermal hydraulic performance is tentatively investigated.     

开孔泡沫金属用于紧凑型热交换器的研究进展

介绍了开孔泡沫金属的结构特点及其强化传热的原理,重点总结了国内外开孔泡沫金属用于紧凑型热交换器换热的研究进展,从阻力特性和传热特性两方面分析了其性能的影响因素;并且提到了泡沫金属模型的研究,指出了今后开孔泡沫金属用于紧凑型热交换器的研究方向。     

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面：一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。     

微通道换热器的研究及应用现状

随着加工技术的发展、新材料的出现,微通道换热器紧凑高效的优良性能逐渐被人们所重视,并且迅速向不同领域拓展,航空航天、暖通空调、微型核反应堆、燃料电池动力潜艇等重大设备领域中也均有涉及,但在微通道换热器的研究和应用的某些方面还存在问题,如微通道内两相流动换热的机理和流动传热计算、制冷设备中制冷剂和气流的分布、热泵系统的结霜以及制造方面的行业规范等问题,这些都限制了微通道换热器的应用推广。因此,本文围绕以上问题,对比其他类型换热器,详细介绍了微通道换热器的技术特点并对其分类,结合近些年国内外研究成果重点综述了微通道换热器的研究现状和目前主要的应用领域,从科研和应用的角度归纳了微通道换热器的应用前景和日后的研究方向,以供研究人员参考。     

两种波纹深度板片传热及阻力特性的对比实验研究

通过实验的方式和对比的方法对两种不同波纹深度板片组成的可拆板式换热器的传热及阻力特性进行研究,每种深度板片组成的板式换热器采用硬板63°/63°、软板29°/29°和混合板63°/29°三种波纹角度组合,此实验采用水/水换热,设置了两种工况,一种是冷热两侧等流速,另一种是固定热侧流速,计算两种工况下传热系数和压降的数值,描绘出对应的曲线。实验证明相同波纹夹角板片组合,该浅密波纹板片的传热系数均高于普通波纹板片,平均高于140 W/(m²·K),即传热系数平均提高1.9%,在混合板中两者传热系数的差别在300 W/(m²·K)以上,提高达4.8%,阻力的变化趋势与传热系数相同。推导出每组设备适用于一定Reynolds数范围的Nusselt数方程和摩擦系数方程,与已有研究成果对比分析,证明了该实验的正确性,同时也揭示这两种波纹板片的传热和阻力性能有优化的余地,为进一步的研究指明了方向。该实验也表明,除深度外的几何尺寸和结构均相同的两种波纹板片,虽然外形接近,但对应的Nusselt数和摩擦系数关系式却不相同,而且差别很大。     

Experimental and numerical heat transfer in a plate heat exchanger

In the present study a virtual prototype of a four-channel plate heat exchanger with flat plates was developed using computational fluid dynamics (CFD). Parallel and series flow arrangements were tested and experimental results were compared to numerical predictions for heat load obtained from the 3D CFD model and also from a 1D plug-flow model. The CFD model represents channels, plates and conduits of the exchanger and takes into account the unequal flow distribution among channels and the flow maldistribution inside the channel. CFD results are in good agreement with experimental data, especially for the series arrangement.