风机盘管换热器遗传算法优化设计

本研究采用了基于遗传算法和耗散理论的传热优化方法,并进行了风机盘管换热器的优化设计。在对板翅管式结构的风机盘管换热器进行建模的基础上,针对两种不同的应用工况,即供冷用干式风机盘管换热器和供暖型风机盘管换热器,进行了结构优化设计和分析。优化目标选取了换热器的耗散热阻,而设计变量分别选取管间距、排间距、换热管外径、翅片间距和翅片数。为评价换热器的性能,还计算了换热器的换热量、空气侧和水侧阻力损失、总泵功和换热器效能。优化设计结果显示,在特定的设计参数和限制条件下,不仅换热器的耗散热阻值降低,其他方面性能也得到了明显提升。     

风冷机组翅片盘管换热器设计参数相关性分析

本文通过对翅片盘管换热器的主要设计参数如管排数、翅片密度和管排高度,以及与风机和机组结构的相关性分析,指出了这些参数对流动及换热的相关影响,应采用综合考虑的设计方法来进行换热器的设计;并定量地给出了对于某一常规机型的设计参数的关系以及变化值范围,用于实际设计工作的参考指导。对于100冷吨的制冷机组,为了达到同样的换热量,不同盘管排数下所需要的换热面积差别超过10%,翅片密度的影响在±5%。在不同的盘管高度上,盘管上下的空气流速变化可达到100%。     

波纹翅片通道内液化天然气流动沸腾换热特性分析

波纹翅片广泛应用于液化天然气板翅式换热器中;为了对板翅式换热器进行优化设计,必须明确翅片通道内的流动沸腾机理。首先对波纹翅片流道中流体的流动和传热传质机理进行分析,建立了稳态工况下汽化相变模型。然后进行了不同质流密度、热流密度和干度工况下波纹翅片流道内流体流动换热过程的模拟,分析了质流密度、热流密度和干度对波纹翅片传热特性的影响,并与平直翅片进行了对比。结果显示:随着干度增大,波纹翅片换热系数呈现先上升后下降的趋势,且在0.5干度左右达到最大值;随着干度增加,质流密度的增大对换热性能的提升越来越明显,热流密度的增大对换热性能的提升越来越小;波纹翅片比平直翅片换热系数提高30%~150%,在低干度工况下波纹翅片强化传热效果更明显。     

干盘管用平行流换热器翅片参数对空气侧换热系数及压降的影响

为了使平行流换热器在干盘管中得到推广应用,本文根据传热及压降关联式,采用数值模拟计算的方法,研究了干盘管用平行流换热器翅片参数对其空气侧换热性能及压降的影响,为干盘管用平行流换热器的设计提供参考依据。     

三排变片距翅片盘管换热器结霜特性实验研究

为改善空气源热泵室外翅片盘管换热器在低环境温度下沿空气流动方向结霜不均匀、首排结霜量较大进而导致热泵除霜间隔较短、制热能力下降等问题,对不同翅片片距组合的变片距翅片盘管换热器在低环温工况下运行及结霜的情况进行实验研究。结果表明：变片距翅片盘管换热器在低环温条件下可有效延长迎风面管排发生结霜堵塞的时间、对于结霜生长速度和结霜质量也有抑制作用。变片距翅片盘管换热器在结霜中后期阶段换热功率更高,在合理的翅片间距组合下,变片距翅片盘管换热器可以在不损失过多换热功率的情况下延长换热器迎风面管排结霜堵塞的时间,如样品4的平均换热功率比样品1低6.02%,而除霜间隔延长了37 min。     

干式风机盘管翅片管换热器流动换热的数值模拟与试验对比

利用CFD软件对干式风机盘管翅片管换热器空气侧的流动和换热特性进行数值模拟。同时,将模拟结果与试验数据进行对比分析,结果表明数值模拟计算方法是可行的,可为干式风机盘管产品的优化设计提供参考。     

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。     

聚合物螺旋盘管换热器的流阻与传热特性试验研究

通过搭建适用于聚合物螺旋盘管在滞留型水体中传热特性研究的试验装置,对管内流阻以及管内和管外对流换热特性进行测试,并与现有主要基于金属材料盘管换热器所获试验关联式的计算结果进行比较,推荐可应用于地表水地源热泵系统聚合物螺旋盘管换热器流阻和传热特性估算的试验关联式,为闭式地表水地源热泵聚合物螺旋盘管的工程设计提供参考。     

翅片式盘管换热器的设计改进及实验研究

分别从改变翅片厚度和换热管规格2个方面对翅片式换热盘管整体换热性能和成本的影响进行分析和实验研究。结果表明,只减小翅片厚度或减小换热管规格均会导致换热器的整体换热性能下降,若保持相同换热量,则可能需要用更多的换热原材料,而这会导致换热器成本的增加。     

折流板对锥形螺旋管束壳程传热性能的影响

以锥形螺旋弹性管束(conical spiral elastic tube bundle, CSETB)换热器为研究对象，通过在换热器内增设脉动/引流折流板，以期获得具有更高传热性能的弹性管束换热设备。通过采用双向流固耦合计算方法，研究了不同壳程入口流速和不同结构方案下CSETB换热器的振动强化传热性能。研究表明，CSETB的振幅随流速的增加而增加，仅增设脉动折流板可使CSETB表现为相对大幅高频振动，同时增设脉动、引流折流板可使CSETB表现为相对大幅低频振动。增设折流板可使流体流动的规律性和温度场分布的层次性增强，且能使换热器的壳程传热能力获得大幅提高。振动能够实现强化传热，这种强化传热的程度在高流速时更明显，且增设折流板能明显提高CSETB的振动强化传热性能。此外，引流折流板的存在使换热器的综合传热性能降低。     

内翅片管换热器换热效率降低分析

内翅片管换热器使用一段时间后,换热效率会降低。主要原因是:波纹型翅片与内管定位不好,引起管内堵塞;内管一端封头的头部很薄,使用一段时间后出现中孔现象,使流体短路,换热系数发生变化;内(外)管和翅片清洗不彻底,使内翅片换热管钎焊部位脱落,影响钎焊质量甚至堵塞通道。详细介绍在内翅片换热管加工过程中对上述三种问题的解决方法。     

扇叶型折流板换热器壳程性能及传热机理的数值模拟

利用数值模拟方法比较分析了扇叶型折流板换热器及螺旋折流板换热器流动传热性能及传热机理。结果表明:两种换热器壳程流动状态相近,流体倾斜于管束流动;扇叶型折流板换热器壳程传热系数和压降大于螺旋折流板换热器;雷诺数2 500—5 500时扇叶型折流板换热器综合性能低于螺旋折流板换热器,当雷诺数大于6 500时扇叶型折流板换热器综合性能略高于螺旋折流板换热器;扇叶型折流板换热器内壳程流体要比螺旋折流板换热器中的壳程流体更早的进入充分发展阶段,导致扇叶型折流板换热性能较高;扇叶型折流板换热器壳程流体流场和温度场协同性优于螺旋折流板换热器,因此前者具有更好的对流传热性能。     

套管双壳程对螺旋折流板换热器传热和阻力特性的影响

利用数值模拟法,通过改变套管双壳程内壳直径探究螺旋折流板换热器传热和阻力特性,获得其(壳侧外直径为250 mm系列的换热器)局部压力、温度及流场分布,同时分析不同内壳程管径对螺旋折流板换热器性能的影响。结果表明:合理的管径设置可以让换热器壳侧总压降最大降低比率达53.2%～55.4%,壳侧传热系数最大提升至4.32%～10.7%,内壳直径为108 mm时换热器的综合性能最好;内壳直径低于某一值(约95 mm)时,壳侧压降增长剧烈,而高于该值时,随着管径的增大,压降波动相对平缓,管径过大或过小均会弱化换热能力;套管双壳程结构虽然能有效改善螺旋折流板换热器性能,但是其管径的设置会舍弃掉部分换热管束,换热管束数量牺牲过多时,限制了换热能力的上限,即最优的管径布置也弥补不了它的换热缺陷。     

整体翅片式微通道换热器的数值模拟

采用CFD数值模拟的方法,对整体翅片式微通道换热器空气侧的流动与传热特性进行研究,用场协同的原理分析翅片参数(长度、高度、间距)对换热器性能的影响,并与传统微通道换热器空气侧性能进行对比。结果表明:在考查的翅片尺寸范围内,随着翅片长度的缩短、高度的增加、间距的减小,温度场和速度场的协同性随之改善,有利于换热效果的提高;与传统的微通道换热器相比,整体翅片式微通道换热器空气侧换热性能变差,但是阻力大大降低,总体性能有所改善。     

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。     

板式换热器传热特性数值模拟与参数优化

以工业广泛使用的板式换热器为研究对象,模拟了人字型波纹板片组成的冷热双流体通道的流动和换热,分析了板式换热器流道内的速度场、温度场和压力场,研究了波纹板片的几何参数对传热特性的影响规律。以传热过程中产生的火积耗散为目标函数,采用序列二次规划法(NLPQL)对波纹板片的结构参数进行了优化,优化后传热性能明显提高。     

三个关键几何参数对人字形波纹钎焊板式换热器换热性能影响的分析

以水-水热交换器为例,以CFD模拟软件为手段,以κ-ε模型为基础构建人字形波纹板式换热器模型,并系统分析波纹倾角、波纹深度、波纹间距这3个重要几何参数对换热器内部温度场、压力场、流场及平均努塞尔数和流动阻力的影响。研究结果表明,触点是板间换热效果最好的点,触点的扰流作用使流体在触点周围湍流程度最高,传热得到强化,这也是板式换热器内流体在雷诺数较低时发生湍流的主要原因;另一方面,流体经过触点后压力损失较大,是产生阻力损失的主要原因。波纹倾角是最重要的一个影响参数,最优波纹倾角在60°附近,此时换热效果较好而阻力尚未达到最大;波纹深度增加,平均努塞尔数增大,换热效果趋于好转,板间压力降也逐渐降低。但随着波纹深度的增加,结垢的倾向也会增加,因此较为合理的波纹深度应该在4～5mm之间;在给定的边界条件下,通过计算所得的波纹间距与波纹深度之比在3～4范围内时换热器性能较好。     

小管径椭圆管开缝翅片换热器的数值模拟

对小管径椭圆管开缝翅片换热器空气侧的流动与传热特性进行数值模拟,对影响其换热性能的2个主要参数椭圆管偏心率和开缝翅片开缝错列高度分布进行优化,与传统管翅式换热器换热性能进行比较。模拟结果表明:当椭圆管两轴之比Rx:Ry=2:3(偏心率),开缝高度分布为0.8 mm,0.6 mm和0.4 mm时,换热效果最好。与传统管翅式换热器相比,小管径椭圆管开缝翅片换热器换热系数提高10%~20%,而压降几乎相等,总体换热性能提高。     

基于膜蒸馏原理换热器的设计与机理分析

将直接接触膜蒸馏的理念引入到换热器设计中,提出了一种适用于溴化锂吸收式制冷系统且既有传热又有传质作用的溶液热交换器。它结合了板式和框式换热器的特点,在内部设置环形挡板形成环形流道,起到扰流作用和加强换热。本文阐述了这种换热器的结构特点、工作原理和传热传质的理论分析。还考察了两流体逆流布置下,对膜换热器进行模型简化模拟分析,发现其换热效果比传统换热器好。     

带混风功能的风机盘管机组应用研究

针对风机盘管机组应用于低温冷冻水工况下送风温度低的问题,提出带混风功能的风机盘管机组。通过在送风段设置旁通风道进行混风,可以提高风机盘管机组送风温度,提高人体的舒适程度,并有效降低出风口凝露的风险。对普通风机盘管机组和带混风功能的风机盘管机组在风量、制冷量、出风温度等方面进行对比,结果表明风机盘管机组在增设混风功能后,以旁通风道面积为盘管迎风面积的5%为例,风量会增加3.3%,制冷量衰减10%,出风温度升高1.29℃。