基于CFD分析的板式换热器流体分配性能影响的研究

利用CFD软件对某板式换热器内流体流动进行了数值模拟,发现板式换热器流道数目和角孔低槽对板式换热器流体分配有很大的影响。模拟结果表明:在一定流速下,通道数目大于39以后,流动状况开始恶化,开始出现部分流道没有流体分配的状况;流道数目大于20以后,随着角孔低槽直径的增大,通道内流量分配状况也会发生急剧恶化。     

C型混沌结构中传热强化的数值分析

随着对强化传热的广泛重视与研究,利用混沌对流来强化传热的新技术得到了关注.利用CFD软件Fluent对C型混沌结构内的流体流动与传热进行数值模拟,对比了C型混沌结构与普通平直结构在流体流动场、温度场分布和传热特性等细观信息,分析了C型混沌结构的强化传热性能及特点.分析结果表明,C型混沌结构使流体在较小速度下产生混沌对流,这种流态增加了流体的扰动与湍动,增大主流区或近壁处流动的混合,强化了流道内的传热,使流道横截面上的温度分布均匀化;混沌对流内的传热Nu数和Po数(即fRe值)不再象普通层流为一定值,而随Re数的增大而增大.     

波纹板式换热器传热与流动特性分析

通过数值模拟的方式,对一种用于低粘度流体的波纹板式换热器的传热特性和阻力性能进行分析,以控制变量法分析了流体速度对传热特性及阻力性能的影响;搭建了板式换热器测试平台,验证了数值模拟结果的正确性和可行性;用等速法拟合了Nu-Re与Eu-Re的相关准则式,并采用JF因子评价换热器综合性能。结果表明：模拟结果与实验结果相比误差在10%以内;当流体流速小于1.0 m/s时,换热器传热系数和压降随着流速的增大而增大,但综合换热性能逐渐变差,在此流速范围内,总传热系数随冷流体进口温度升高而增大。     

板壳式换热器板片流动与传热性能的数值模拟

针对板壳式换热器的人字形板片建立了单流道物理模型,并利用数值模拟软件分析了其重要结构参数波纹夹角的变化引起的模型流场、速度场和温度场的变化情况,以及对其传热性能的影响。结果显示:换热板片波纹夹角的变化使得流体的流动状态发生了变化,随着波纹夹角的增大,流体的流态由十字交叉流逐渐转变为曲折流。随着波纹角度的增大,流体的扰动程度加强,湍流程度提高,与此同时,努塞尔数和传热因子增大,传热性能增强。模拟结果表明波纹夹角对板壳式换热器流动和传热性能具有较大的影响,可以成为板壳式换热器优化设计的一个重要方向。     

板壳式换热器流动与传热的数值模拟

基于计算流体力学方法对板壳式换热器内部流场进行模拟,建立了板壳式换热器流动及换热计算的模型,模拟了换热器内部流动和换热情况,分析了流道内温度场和压力场及流线的分布情况,对流体的流动和传热进行了详细的描述,分析了换热器内流体流动和传热特性,对实际工程具有一定的指导意义。     

螺旋套管换热器传热特性研究

根据螺旋套管换热器的结构特点及传热特性,建立了水一水蒸气的流动与传热的三维几何模型.利用Fluem时不同工况下的螺旋套管进行了数值模拟,得出了湍流状态下螺旋套管内流体的温度场、速度场和压力场;利用搭建的螺旋套管换热器试验台,得出多种工况下的传热系数,为螺旋套管换热器的设计计算提供了依据.同时将试验结果和数值模拟结果进行...     

CFD方法与间接蒸发冷却换热器的三维数值模拟

采用计算流体力学(CFD)和数值传热学方法,对间接蒸发冷却器内流体流动与热质交换过程进行简化和假设,建立了换热器内三维层流流动与传热的数学物理模型。采用交错网格离散化非线性控制方程组,编制了三维simple算法程序。对间接蒸发冷却器内的流场、温度场及浓度场进行数值模拟研究,得到换热器内的流体流动状态和热流分布,并分析了通道宽度变化对换热器内流体流动与换热的影响。     

新型蜂窝板式换热器实验与模拟分析

板式换热器在工业生产中广泛应用,采用数值模拟和实验相结合的方法对新型蜂窝板式换热器进行研究。结果表明:数值模拟和实验结果在合理的误差范围内,验证了数值模拟的可靠性。新型板式换热器内部蜂窝结构附近的速度场出现规律的周期性变化,流体湍流强度增加,Nu和阻力系数f随焊孔直径和蜂窝直径的增加而增大,通过对蜂窝板在3 000≤Re≤25 000的数据结果进行关联,得到了蜂窝板流动换热的准则关系式,为蜂窝板式换热器的优化提供了理论依据,并为工业生产提供参考。     

管翅式散热器顺排结构与错排结构的CFD模拟

应用CFD技术对管翅式散热器顺排结构与错排结构的流体流动及换热过程进行了数值模拟,获得了两种结构流体的速度场图、温度场图、压力场图以及出口温度分布和出口压力分布等重要数据,并通过这些图形、数据对两种结构的流体流动特性和传热性能进行了比较。研究结果可以用于管翅式散热器结构的优化,为换热器设计提供指导。     

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。     

舰载燃气轮机间冷器内部流动的三维数值模拟

板翅式换热器是舰载燃气轮机首选换热器形式。针对平直型翅片的矩形通道的结构特点,建立了流动换热分析的耦合计算模型,采用计算流体动力学（CFD）方法对间冷器的通道流场进行了数值模拟。给出并分析了计算区域内多个截面的温度、压力、速度、局部传热系数等参数的分布图形和变化趋势,并考察了不同工况下间冷器的工作能力。     

三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。     

带有横向微沟槽的矩形通道内超临界液化天然气换热强化特性模拟研究

提出了一种用于超临界液化天然气换热的微小通道换热器整体性能提高的被动式强化技术并进行了数值模拟验证和设计优化。在普通的矩形微小通道内利用3D激光打印技术在壁面加工横向圆弧形微沟槽以强化换热能力。首先对圆弧形微沟槽的槽深、槽宽和相邻两槽道中心距等几何尺寸进行了优化计算,然后讨论了在使用强化技术后工质温度在跨越临界温度的120.000～250.000 K的换热强化和流动特性,进一步考察了工质温度、质量流量(雷诺数)和进口压力对传热系数(努塞尔数)、摩擦因子和综合效益系数的影响。此外,通过微沟槽附近的局部流动特性分析强化换热机理,数值模拟结果表明带有横向微沟槽的紧凑式换热器的综合换热效益得到30%左右增加,显示了优异的换热强化综合效果。     

多股流板翅式换热器温度交叉的数值分析

以平行多股流板翅式换热器为研究对象,给出了考虑翅片旁通作用的多股流板翅式换热器流体和翅片的能量方程。在改变多股流板翅式换热器各通道的流体参数、流动方式及换热器的结构参数等情况下,对能量方程进行数值求解,获得了各通道的流体温度分布情况及相邻通道的流体温度差,并分析了流体参数、流动方式和结构参数的变化对相邻通道流体温度交叉的影响。     

Numerical studies on flow and heat transfer in membrane helical-coil heat exchanger and membrane serpentine-tube heat exchanger

The flow and heat transfer characteristics of synthesis gas (syngas) in membrane helical-coil heat exchanger and membrane serpentine-tube heat exchanger under different operating pressures, inlet velocities and pitches are investigated numerically. The three-dimensional governing equations for mass, momentum and heat transfer are solved using a control volume finite difference method. The realizable k-ε model is adopted to simulate the turbulent flow and heat transfer in heat exchangers. There flows syngas in the channels consisting of the membrane helical coils or membrane serpentine tubes, where the operating pressure varies from 0.5 to 3.0 MPa. The numerically obtained heat transfer coefficients for heat exchangers are in good agreement with experimental values. The results show that the syngas tangential flow in the channel consisting of membrane helical coils is significant to the heat transfer enhancement to lead to the higher average heat transfer coefficient of membrane helical-coil heat exchanger compared to membrane serpentine-tube heat exchanger. The syngas tangential velocity in the membrane helical-coil heat exchanger increases along the axial direction, and it is independent of the gas pressure, increasing with the axial velocity and axial pitch rise and decreasing with the radial pitch rise.     

Characteristics of Fluid Flow and Heat Transfer in the Shell Side of the Trapezoidal-like Tilted Baffles Heat Exchanger

Periodic whole cross-section computation models are established for segmental baffle heat exchanger, shutter baffle heat exchanger, and trapezoid-like tilted baffle heat exchanger. The reliability of models is verified by comparing the simulated results to the results obtained from the Bell-Delaware method. Due to the orthogonal assembly of the baffles, the shell side fluid shows the twisty flow of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger. The essential mechanism on disturbing flow and heat transfer enhancement is revealed by defining the non-dimensional factor η of the shell side fluid flow direction of heat exchanger and the field synergy principle. The results show that at the same Reynolds number, the shell side fluid convection heat transfer coefficient of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger is 12.43%-24.33% and 6.71%-11.51% higher than those of segmental baffle heat exchanger and shutter baffle heat exchanger, respectively. The shell side fluid flow velocity field and the pressure gradient field of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger and shutter baffle heat exchanger decreases compared with that of segmental baffle heat exchanger, so the shell side fluid flow resistance and pressure drop is increased; the shell side comprehensive performance of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger is 5.85%-9.06% higher than that of segmental baffle heat exchanger, and 15.27%-23.28% higher than that of shutter baffle heat exchanger. In this study, a baffle structure with higher efficiency of the energy utilization for the heat exchanger is provided.     

Numerical study on heat transfer and pressure drop characteristics of fluid flow in an inserted coiled tube type three fluid heat exchanger

The paper presents numerical investigations of a three fluid heat exchanger (TFHE), which is an improvement on the double pipe heat exchanger, where a helical tube is inserted in the annular space between two straight pipes. The helical tube side fluid, that is, hot water continuously transfers heat to the outer annulus side fluid and innermost tube side fluid. The heat transfer and pressure drop characteristics of the TFHE are assessed for different flow rates and inlet temperatures. With an increment in the volumetric flow rate of the helical tube side fluid and outer annulus side fluid, the overall heat transfer coefficient increases, and the effectiveness decreases for heat transfer from the helical tube side fluid to outer annulus side fluid in both parallel flow and counter flow configurations. It is also observed that with increment in the helical tube side fluid inlet temperature, the overall heat transfer coefficient and effectiveness increases for heat transfer from the helical tube side fluid to outer annulus side fluid in both flow configurations. The parameter, JF factor, has been proposed to evaluate the thermohydraulic behavior of the TFHE, where it is obtained that the behavior of the TFHE is better at a lower helical tube side fluid velocity and higher outer annulus side fluid velocity.     

板式相变贮能换热器传热模型和热性能分析

建立了板式相变贮能换热器的无量纲传热模型。它对流体入口流量、入口温度随时间变化情况和需考虑入口效应及添加肋片的情况均适用。模型解和文献准稳态解吻合。作为算例,藉此模型从各时刻的流体温度、相变界面随空间的分布情况和相变蓄热比、相变传热效率、传热系数、完全相变截面位置随时间的变化情况六个角度分析了一板式相变贮能换热器的相变传热性能。该模型可为板式相变贮能换热器的结构优化设计和热性能分析提供帮助。