油冷器强化传热研究

<正>1 引言 广泛用于机械设备的润滑油冷却器,由于油的粘度大,操作流速低,若使用光滑管设计制造,其传热性能差,一般总传热系数为350W/（m~2·℃）左右。近年来,螺纹翅片管已在工业油冷器中应用,因其肋化系数可达2.5～3,能有效地扩展传热面,故对油冷器的紧凑化起到重要作用。但是,由于螺纹翅片间距小,翅间湍流度低,按实际翅片面积计算的总传热系数常仅180～200W/（m~2·℃）,当取肋化系数2.7,以光坯管面积计算油冷器总传热系数可达520W/（m~2·℃）,比光滑管油冷器节省光坯管面积约33%,但因加工螺纹翅片需增大管壁厚度,加工后单位管长比光滑管增重约30%,故一般只比光滑管油冷器节省管材百分之几。因此,仅凭加大翅片肋化系数,用扩展传热面强化传热,其节材效果不够明显,提高翅片利用效率,关键在于提高翅间流体湍流度,强化翅面上流体传热。花瓣状翅片管在周向翅片上开     

螺旋折流板冠形翅片管油冷器性能的研究

油冷器广泛应用于石化及各类机械加工过程中,新型高效油冷器的开发和研究有着重要意义。对不同结构参数的螺旋折流板冠形翅片管油冷器进行了实验研究,得到了油冷器的传热与阻力性能曲线,结果表明,油冷器的壳侧传热膜系数可达1 100—1 300 W/(m2.K),同时压降比弓形折流板光滑管降低30%—50%;传热管的翅片间距和翅片高度必须在合理的范围内,均在1.0—1.2 mm时,油冷器的性能较佳。     

螺旋槽管槽深对定子水冷器传热与阻力特性的影响

螺旋槽管与折流栅组合的高效水冷器的传热和阻力特性与其管、壳程的结构因素密切相关,本文就螺旋槽管槽深对水冷器管、壳程传热与阻力特性的影响进行了实验研究.结果表明：壳程流速变化对水冷器传热系数的影响更加明显,即壳侧热阻相对较大,强化传热应以强化壳侧换热为主要目标;螺旋槽管槽深对水冷器传热系数的影响很大,应在实际工程设计中确保实际槽深符合设计要求;槽深越深,管壳程阻力也相应增加,即传热的强化是以阻力增加为代价.根据实验结果还得到了不同结构水冷器的管、壳程换热与阻力计算关联式.     

螺旋肋片形成非衰减性旋流的强化传热性能

对于螺旋肋片形成非衰减性旋流的传热和阻力特性进行了实验研究,并比较分析了非衰减性旋流与多翅管和衰减性旋流在传热和阻力特性方面的差异.研究结果表明,在传热系数上非衰减性旋流比多翅管和衰减性旋流分别提高60%～85%和49%,但非衰减性旋流的阻力损失也明显高于多翅管和衰减性旋流.综合热力性能的分析结果表明,在较低Reynolds数下非衰减性旋流的综合热力性能较好,当Reynolds数大于某一临界值 (本实验为18000)后衰减性旋流的综合热力性能较好.     

刺孔膜片式高效管壳换热器的壳方特性研究

对强化壳方传热的新技术——刺孔膜片式管束做了实验考核,与传统的弓形折流板管束相比,壳方总压降减小了45%,管束在降减小约84%.而在R_e=10~4时壳方传热系数却提高了14%,比相同条件下缩放管(Ⅱ)型管束高25%,比折流杆管束高88.6%.对比相同摩擦功条件下对流传热系数以及表面效率等综合性能评价指标,显示出刺孔膜片式换热器性能优良.     

含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验

为了进一步提高不含固体颗粒流体旋流场强化传热,开展含固体颗粒流体旋流场强化传热综合性能实验,研究颗粒浓度、粒径、Re数等因素对3种扭曲管的综合强化传热性能的影响。结果表明:液固流体换热性能随着颗粒浓度、粒径、Re数的增大而提高。与单相流体比较,当粒径2 mm、颗粒浓度分布1%时,相同Re数下3种扭曲管的Nu数平均提高12.91%,13.12%和15.23%,管内流体压降平均提高60.22%,67.23%和73.16%。通过综合性能评价因子分析,当粒径为2—5 mm、颗粒浓度分布为5%,扭曲管导程为200 mm、椭圆度为1.49时具有较好的综合性能。     

高温热管翅的传热性能分析

对目前国内长度最短的与最长的高温热管翅进行传热性能比较。试验结果表明,两根高温热管翅具有相似的起动温度曲线,起动温度均比理论值高出约30℃左右;理论分析发现,高温热管翅主要受到声速传热极限和携带传热极限的制约;进一步研究表明,最长高温热管翅的传热系数值约是最短高温热管翅的10倍。     

花瓣状翅片管套管间润滑油强化传热性能

<正> 1 引言 润滑油在管外环隙间轴向流动时,由于流体粘度大,雷诺数小,一般为层流,光滑管的传热膜系数很低,在本实验范围,Re=300～1000,Pr≈200,油冷却时传热膜系数仅为240～360W/(m~2·℃)。本研究采用花瓣状翅片管强化环隙间润滑油的冷却传热,可有效地扩大传热表面积,并使高粘流体在翅片管三角齿形翅片间轴向绕流到达翅根部,翅间流动死角较小,在本实验范围内,以光坯管面积计的传热膜系数在较好的管参数时可达800～3500W/(m~2·℃)。花瓣状翅片管是对高粘流体较好的一种传热管型。     

斜针翅管换热器数值模拟

以水和柴油为换热对象,利用三维模型对2种不同规格的直针翅管以及30°,45°和60°的斜针翅管换热器的壳程温度场、压降和传热性能进行了模拟;并将斜针翅管、直针翅管与光滑管进行了比较。模拟结果表明,斜针翅管的压降是光滑管的1.06～1.4倍,是直针翅管的0.96～1倍,其总传热系数约是光滑管的1.7～3倍,以及直针翅管的0.85～0.93倍。从模拟结果看,β在大约30°存在一个合适的倾斜角,其综合换热性能较好。     

含固体粒子旋转流强化流体传热的实验及模拟研究

针对管内除垢与防垢及强化传热问题,对工程上应用较广的扭曲管、扭带管中旋流场内低浓度液固流场综合性能进行实验及模拟研究. 结果表明,含粒子旋流场可提高流体湍流强度,与圆管相比,扭曲管和内插扭带圆管均有较好的旋流效果,相同Re下扭曲管的换热系数提高18.7%~30.1%,阻力系数提高13.1%~181.8%,综合性能评价因子平均提高15.5%,高于圆管和扭带管;而扭带管的换热系数比圆管提高5.6%~32.9%,阻力系数最高. 对扭曲管内粒子传热性能进一步优化,模拟值与实验值的误差为10.7%~12%. 旋流作用有利于提高液固流场的综合性能,但较高流速下该综合性能则逐渐降低.     

新型纵流油冷却器壳程强化传热

提出一种新型扭曲三叶管纵流油冷却器强化传热方案,对其壳程的传热与压降特性与扭曲椭圆管油冷却器和传统折流板油冷却器进行了实验对比分析。结果显示,在相同油流量下,扭曲三叶管油冷却器壳程的传热系数、压降和传热系数比压降值（h/?p）分别比传统折流板油冷却器高138.7%～90.5%、19.6%～37.8%和77.2%～130.4%;分别比扭曲椭圆油冷却器高257.8%～298.6%、140.5%～158.4%和40.1%～65.7%,表明扭曲三叶管油冷却器具有很好的强化传热效果。并对其强化传热机理进行了分析,在壳程雷诺数（Re）为80～550的范围内,拟合获得了扭曲三叶管和扭曲椭圆管两种纵流油冷却器壳程努塞尔数（Nu）和摩擦因子（f）关联式。     

THE EFFECTS OF WATER SPRAY COOLING ON COOLER PERFORMANCE

In recent years, summers in the Northeast, as well as in many other regions of the United States, have reached record high temperatures. These unusually high ambient temperatures have led to the overloading of power transformer coolers, resulting in the inability of the coolers to maintain the top oil temperature of the transformer at an acceptable level. A field-tested solution to this problem is the application of water spray onto the tube bundles of the cooler to enhance the heat transfer. Currently, the standard way of applying water to an overheated transformer cooler is to hose it down. This method has always been implemented without consideration of the spray pattern or quantity or water used, usually resulting in a wastefully high rate of water consumption. An experiment has been setup to determine the performance of a transformer cooler subjected to water spray. This work consisted of the design and implementation of a water spray system to an existing fullscale cooling loop representative of those found on actual transformers. Predictions were also made for the top oil temperature subjected to dry-air cooling and compared with experimental data. The reliability of this model shows that it can be extended for water spray applications. Heat transfer data were obtained for a range of air velocities and water flow rates on this loop. The experimental results show a significant decrease in the top oil temperature of the cooler when water spray is applied to the cooler tubes. However, the enhancement was not as significant for water flow rates above 4 GPM. Distribution of the water spray through the tube bundle were qualitatively made by visual observation.     

管形对水平管降膜圆周膜厚和Nusselt数的影响

针对海水淡化系统的水平管降膜蒸发,建立了二维数值模型,分析了光滑圆管和6种不同截面形状的蛋形管外降膜流动及传热特性。采用VOF方法考察了不同管型对管外液膜分布和传热特性的影响。数值结果表明:蛋形管外液体沿周向流动较圆管稍快,且可获得更均匀更薄的液膜;液膜厚度随半轴比ε增大而减小,随周向先逐渐减小后迅速增加,圆管和蛋形管的液膜最小值分别出现在周向相对坐标0.69和0.70~0.84附近。蛋形管的膜内量纲1温度较圆管的小,其热边界层厚度较薄,具有更好的传热性能。拟合数据得到,ε为2.4的蛋形管具有最好的传热性能,其Nusselt数可达0.32,较圆管的高出12.68%。最后,将数值模拟结果与文献中的数据进行了对比,验证了数值模型的可行性和合理性。     

制冷系统用新型水平管降膜蒸发

以R134a制冷循环为基础,将水平管降膜蒸发应用于蒸发器中,通过调节不同工况来研究其换热特性。其中热通量8～40 kW·m^-2,工质的喷淋量0.005～0.04 kg·m^-1·s^-1,以光滑管为基础,对针对降膜蒸发而设计的TJX、EX两种强化管进行了实验研究,并利用修正威尔逊法进行数据处理。分析表明,降膜蒸发换热特性主要与热通量和喷淋量有关,而随着热通量的增加,每根管型传热系数在遇到临界热通量点后呈现下降趋势。此外强化表面的传热系数要明显优于光滑管,特别是具有网格槽道设计的EX管。由于实验系统是一个制冷系统,含有润滑油,发现润滑油的存在明显降低了传热系数。最后在实验基础上对光滑管换热特性进行预测,并在此基础上提出强化管的修正系数。     

螺旋隔板花瓣管油冷却器的传热强化

通过实验研究 ,比较了螺旋隔板花瓣管油冷却器和螺旋隔板低肋管油冷却器的传热和压降性能 .实验结果表明 ,螺旋隔板花瓣管油冷却器与螺旋隔板低肋管油冷却器相比 ,总传热系数提高 10 %以上 ,而压降却降低 46 %左右     

椭圆管束对流换热性能的数值模拟研究

运用计算流体力学(CFD)FLUENT软件,对水横掠叉排椭圆管束时管外流动和换热性能进行了二维数值模拟。结果表明,增加纵向或横向管间距,管束尾部的漩涡数量和大小都会有所增加,换热性能降低;纵向或横向管间距的减小,都会对尾部漩涡产生抑制作用,使换热性能提高。来流速度的增加会使管束换热效果增强。综合考虑管束换热性能以及阻力因素,纵向管间距与管束特征尺度的比值为3.0~3.5、横向管间距与管束特征尺度的比值为1.75,来流速度为4m/s时,可以实现低压损的情况下换热效果的显著提升。     

在新型水平三维内微肋管中R134a的凝结传热

以R1 34a为工质 ,对一种新型水平三维内微肋管内凝结传热性能进行了实验 .实验管件为外径 1 6mm ,内径 1 2mm的铜管 ,实验工况范围为 :质量通量 1 2 5～ 2 85kg·m- 2 ·s- 1 ;进口压力 0 .51～ 0 .77MPa ;蒸汽干度0 .1 4～ 1 .将实验得到的局部传热系数与相同工况下Shah的水平光滑管内凝结传热关系式的预测值进行了比较 ,结果在本实验质量通量范围内 ,该三维内微肋管的局部凝结传热系数 (x =0 .6时 )是光管的 1 .7～ 3倍 ,平均强化比为 2 .2 .