横荡工况下板翅式换热器内天然气冷凝特性的模拟研究

为了定量描述海上横荡工况对板翅式换热器内天然气冷凝过程热质传递的影响规律,建立了板翅式换热器波纹翅片通道内冷凝流动与传热的数值模型。首先针对天然气冷凝过程的传热传质机理进行分析;通过翅片壁面的组分守恒建立了天然气冷凝过程的传质子模型,并基于传质速率计算得出潜热传热速率。基于提出的模型,对于不同干度下的板翅式换热器内天然气传热传质进行分析,发现当干度为0.05时,传热系数平均恶化32.9%,当干度上升至0.2时,恶化得到改善,传热系数平均降低28.7%。     

板翅式换热器研究进展

板翅式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。介绍了板翅式换热器的近年来国内外研究进展,数值模拟技术在板翅式换热器设计中的应用、翅片传热及表面流动特性、新型翅片结构、影响流体分配特性的封头、分配器及流道结构、优化设计方法及在新领域应用等,并对板翅式换热器发展前景进行了展望,提出在设计过程中将CFD技术与理论分析、试验研究有机结合,多目标优化设计与多算法交叉应用以及新材料与新工艺的发展是未来的研究和发展方向。     

负压低温板翅式换热器锯齿翅片性能的数值模拟研究

换热器在低温工况下的流动换热性能与常温工况下有明显差异.为分析负压低温工况下板翅式换热器关键结构参数对流动换热性能的影响,构建并完善了锯齿翅片通道内流动换热性能的数值模型.采用中心复合设计方法得到实验点并结合Kriging响应面方法,拟合得到了负压低温氦气在锯齿翅片通道内的流动传热关联式.研究结果表明:j因子与间距、厚...     

R717在小管径水平光管内流动沸腾换热及压降特性

氨制冷剂存在可燃性和毒性,因此减少其在制冷系统中的充注量极为重要。小管径换热管通常可以提供更高的表面传热系数,这可以作为提升换热器紧凑性同时减少系统中充注量的有效方法。本文搭建了氨制冷剂管内流动沸腾换热及压降测试实验装置,测试了氨制冷剂在4 mm水平光管内的流动沸腾换热及压降,并分析了干度、质量流速及热流密度对换热及压降特性的影响。结果表明:流动沸腾换热表面传热系数随着干度的增加而增大,同时质量流速和热流密度越高,流动沸腾换热表面传热系数越大。此外,氨制冷剂在管内的两相摩擦压降也随着干度的增加而增大,在固定干度下,质量流速的升高导致压降增大。     

两种不同工质在微通道内沸腾换热特性的实验研究

为研究流体物性、流动和换热过程的状态参量对微通道内沸腾换热特性的影响规律,本文采用去离子水和无水乙醇在当量直径为0.293 mm的矩形微通道进行了不同质量流量和热流密度条件下的沸腾换热实验研究,通过对实验数据的计算和处理,分析总结了流体的热物性、质量流量、热流密度、干度和Bo数等参量对沸腾换热系数的影响规律。结果表明:沸腾换热系数随着热流密度、干度和Bo数的增大而降低,核态沸腾占主导地位;相同的质量流量和热流密度条件下,去离子水的沸腾换热系数明显高于无水乙醇的沸腾换热系数,并且前者的换热系数随质量流量的增大而增大,而后者变化不明显。根据考虑了通道尺寸效应及流体物性参量总结出的换热系数关联式进行了计算,计算结果对去离子水和无水乙醇的平均绝对误差分别为14.2%和16.6%,可认为该关联式适用于微通道内沸腾换热系数的预测。     

新型无接触热阻空调换热器性能研究

将不同形状的波纹翅片与无接触热阻技术结合研制了波纹型无接触热阻换热器,并利用CFD仿真软件进行对比分析尖角波纹翅片和圆角波纹翅片空气侧换热性能及阻力特性,寻找较好的翅片形状。按照仿真结果生产无接触热阻尖角波纹翅片空调换热器实验样件,进行实验测试,实验结果表明:翅片表面换热系数仿真结果与实验结果较为一致,整体误差在10%以内,仿真结果能基本反映翅片表面的实际换热情况。引入强化传热指标,通过仿真结果计算可知,在不同风速下强化传热指标DEC均大于1,说明尖角波纹翅片的传热效果优于圆角波纹翅片。     

竖直矩形可视化流动沸腾换热实验台的设计及初步研究

为了了解矩形窄通道内流动沸腾及传热现象的机理,建立了单面加热竖直矩形窄通道可视化流动沸腾换热实验台进行了实验。实验结果表明:矩形窄通道流动沸腾过程的换热系数存在最大值;随着干度的增加(即热流密度的增加)其换热系数逐渐降低,转为以液膜蒸发为主的流动沸腾换热,此时需控制热流密度,避免干涸现象的发生。     

冷凝器翅片表面流体流动及换热过程的三维数值模拟

本文应用CFD软件FLUENT对冷凝器常用的平翅片和波纹翅片表面的流体流动及换热过程进行了数值模拟,获得了翅片表面流体的流场图、温度场图、压力场图以及翅片换热量、平均表面换热系数等重要数据,并通过这些图形、数据对两种翅片的流体流动特性和传热性能进行了比较.     

LNG绕管式换热器壳侧两相流动压降特性的实验研究

为探究LNG绕管式换热器壳侧的两相流动压降特性,本文开展了乙烷/丙烷二元混合工质两相流体在壳侧的压降特性实验研究。其中,乙烷与丙烷摩尔配比包括0∶100、10∶90、30∶70与60∶40,干度工况范围是0.2~1.0,质流密度工况范围是(40~80)kg/(m~2×s)。实验结果表明:壳侧摩擦压降随质流密度和干度的增加而增大,且增长梯度随干度的增加而增大;在干度小于0.4的工况下,壳侧摩擦压降随乙烷摩尔分数的增加而减小;在干度大于0.6的工况下,壳侧摩擦压降随乙烷摩尔分数的增加而增大。     

R410A微通道内沸腾换热实验研究

在内径为2 mm的水平不锈钢微通道内对R410A的沸腾换热特性进行了实验研究。质量流率为200~600 kg/(m2·s),热流密度的范围为5~15 k W/m2,干度的范围为0.1~0.8,饱和温度为0℃和5℃。结果显示,当干度大于0.5时,随着热流密度的上升,沸腾换热系数显著上升,其平均增幅分别达到了4.6%和7.7%。当干度小于0.5时,热流密度对换热系数的影响十分微弱。随着质量流率的上升,换热系数均出现了小幅上升,其平均增幅也分别达到了1.1%和2%。而饱和温度对换热系数则几乎没有影响。随后,对可能的机理进行了讨论。实验结果又与Choi K I等以及Ebisu T等在内径分别为1.5 mm,3 mm和6.4mm管道内的研究结果进行了比较。结果显示,在相似工况下,随着管径的下降,当干度小于0.5时,换热系数呈现出上升的趋势,其平均增幅分别达到了18.4%,23.6%和19.5%。     

泡沫金属结构对流动沸腾换热特性的影响

随着航空航天领域的发展采用沸腾换热的高效换热技术越来越受到关注,泡沫金属具有比表面积大、导热系数高的优点,可以强化流动沸腾换热的效果.本文在实验工况为孔密度10～40 PPI,干度0.1～0.9,质流密度90～180 kg/(m2·s),热流密度12.4～18.6 kW/m2的条件下,研究了表面润湿性为未改性和疏水改性...     

带亲水层波纹翅片管换热器空气侧特性的参数影响分析

为了确定翅片间距、管排数和入口空气相对湿度等参数对析湿工况下带亲水层波纹翅片空气侧特性的影响,对7个带亲水层的波纹翅片管换热器进行了试验研究,并分别以Colbum换热因子和Fanning摩擦因子来反映空气侧换热和压降特性。结果表明,换热和摩擦因子都随着翅片间距的减小而增大。换热因子随着管排数的增加而减小,而摩擦因子受管排数的影响不显著。当入口相对湿度增大时,换热因子增大,而摩擦因子则几乎不变。入口水温越低,则入口空气相对湿度对换热因子的影响越显著。     

翅片类型对热泵空调结霜特性的影响

通过实验研究了室外换热器采用平直、波纹、波纹/开缝翅片对热泵空调器动态结霜性能的影响。结果表明,在结霜工况下,平直、波纹、波纹/开缝三种翅片类型的系统制热量、COP和压缩机功率的峰值、平均值依次增大,其中,波纹/开缝翅片的各项平均值比平直翅片分别减小了14.57%、8.26%和7.11%。波纹/开缝翅片的性能参数最早开始衰减且衰减幅度也最大,其次是波纹翅片,平直翅片最晚开始衰减且幅度最小。结霜时,水蒸气变为霜的相变过程对传热具有强化作用,同时霜层减小了翅片间隙使风阻增大、室外风机流量减小,这对传热具有恶化作用。结霜时性能参数的曲线存在上升段和衰减段,与霜层微观成长特性一致:结霜初期,冰晶由粒状变为柱状,尚未显著阻塞翅片间隙,对传热的强化作用较显著,曲线处于上升段;结霜中后期,冰晶先沿半径成长,后又在柱状晶间隙堆垛,对传热的恶化作用较显著,曲线处于衰减段。     

凸环翅片及其在热泵型空调器中的应用

提出一种应用于热泵型空调器的凸环翅片结构。通过CFD模拟,分析波纹翅片、开缝翅片和凸环翅片的传热性能,对翅片进行优化设计。换热器能力测试显示,凸环翅片管式换热器的换热能力,在冷凝工况和蒸发工况下,分别比波纹翅片管式换热器提升3%~5%和2.5%,比开缝翅片管式换热器降低0.8%和0.5%。空调整机测试结果显示,采用凸环翅片管式换热器可实现用单排换热器替代1.5排或2排换热器,降低换热器成本的效果。     

R134a在水平光滑直管内流动沸腾传热的试验研究

从制冷剂侧对流换热入手,通过试验R134a在水平直管段内流动沸腾换热特性,分析制冷剂的质量流量、热流密度、蒸发温度随干度变化对R134a局部对流换热系数的影响特性.结果 表明:随干度的增加,R134a的流动沸腾传热系数呈现先短暂下降,再先增大后减小的趋势;随制冷剂质量流量的增大,局部对流换热系数也增大,且最大局部对流换...     

基于蒙特卡罗法的平行流冷凝器的翅片参数优化

运用蒙特卡洛法,在家用空调运行工况下,对平行流冷凝器空气侧的传热和流动性能进行了优化计算,分析了翅片的各种几何参数组合对换热系数和压力损失的影响.得出了影响换热系数的主要因素是翅片高度和百叶窗长度,同时增大两者既可以快速增大换热系数又可以降低压力损失;影响压力损失的主要因素是翅片宽度,因为翅片宽度的微减能带来压力损失的大大将低,但换热系数不受翅片宽度的影响;并同时得出影响换热系数和压力损失的次要影响因素是翅片间距和百叶窗角度.翅片间距减少、百叶窗角度增大均会引起换热系数与压力损失的增大.用这种优化方法得出的结论进行翅片参数组合的平行流冷凝器,可以在满足压力损失需要的情况下大大提高其换热性能.     

超临界甲烷在印刷电路板换热器中加热过程模拟

印刷电路板换热器(Printed Circuit Heat Exchanger,PCHE)是一种新型微通道换热器,其换热的高效性和集成性非常适合用于LNG接收站的中间流体换热器(IFV)中。对超临界甲烷在PCHE中的对流换热进行数值模拟,研究了质量流量、入口压力、热通量及通道形状对微通道内甲烷换热系数的影响。结果表明,表面换热系数随温度的变化先增大再减小,并在假临界温度处达到最大值;PCHE半圆形通道内的换热特性高于普通圆形通道;其换热系数随流速的增加而增加;随热流密度的增加而增加;压力对换热特性的影响与介质所处的温度区间有关。     

正弦波纹翅片表冷器的传热及阻力特性实验研究

波纹式翅片具有良好的传热和阻力性能,应用于中央空调两器和末端设备中。以正弦波纹翅片换热器作为中央空调表面式冷却器进行了多种干、湿工况条件下的传热和阻力特性实验。对实验结果进行了分析处理,得出了正弦波纹翅片换热器的总传热系数关联式以及阻力特性的经验公式。实验结果对于中央空调两器和末端的设计具有重要的指导作用。     

大功率相变蓄冷散热系统数值研究

针对大功率瞬时热源散热技术需求,提出了基于相变蓄冷和冷凝换热的热管理系统.系统以管翅式换热器为传热单元,以石蜡作为相变材料,采用干度为0.1的低压饱和水作为换热介质,在换热两侧均构建相变过程,可满足高储能密度、快速释冷的要求.构建了三维翅片和一维管道耦合的数学模型,对蓄冷器传热特性进行数值研究,对比了换热流体在单相、两...     

百叶窗翅片管式换热器换热性能分析

针对市场上常用的百叶窗翅片管式换热器,为了确定翅片密度、管排数以及进口空气相对湿度对空气侧特性的影响,对6种结构参数的换热器进行试验研究,采用无量纲化的传热因子和摩擦因子分别衡量空气侧的换热和压降特性。结果表明,翅片密度越大,传热因子越小,翅片密度对摩擦因子的影响在空气干、湿工况下有所不同;管排数越多,传热因子越大,摩擦因子越小;传热因子和摩擦因子均随进口空气相对湿度的增大而增大。