一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标

以热力学第二定律为基础 ,提出了一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标———单位传热量的熵增率 ,讨论了洁净状态下的传热单元数Ntuo、冷热流体热容率比R、冗余面积a等参数对换热器在考虑污垢时的传热性能的影响 ,并把不同流型换热器的评价结果进行了比较     

管内强化传热性能的熵产分析与性能评价

通过热力学第一、第二定律,对管内对流换热综合性能进行熵产分析和评价.建立了一种基于流动与传热过程熵增原理的统一分析方法,在等壁温边界条件下进行熵产分析.并以文献中内翅片管的强化传热作为应用,分别对相同流量、泵功、压降在等热负荷限制下进行强化传热性能评价.结果表明：对于给定的管道,量纲1熵产数只与流动Reynolds数和进口与壁面的温度差有关.利用该分析方法不仅可通过参数分析获得几种强化方式的能量综合利用效果,还可确定合理的流动工况参数、结构参数和合理的强化形式.     

恒热流工况下管内对流换热(火用)传递特性

从管内传热与流动的特点出发,基于热力学第一、第二定律和非平衡热力学理论,对壁面恒热流工况下,管内充分发展段对流换热的火用传递过程进行了研究,定义了对流换热传火用系数、火用流密度、传火用Nusselt数和对流换热火用传递方程,并导出相应的计算式;讨论了Reynolds数、量纲1热通量和不同截面位置等参数对对流换热火用传递过程的影响;最后将传火用和传热的结果进行了比较.     

污垢对管内层流对流换热场协同影响的数值研究

利用数值分析的方法,研究了污垢对管内层流对流换热速度场、温度场及它们之间协同度的影响。结果表明,在流速不变的情况下,污垢层厚度增加,管壁的对流换热系数增大,流场和温度场的协同性增强,但总传热效果变差。     

缠绕管式换热器管程的非平衡热力学研究

以描述缠绕管式换热器管程对流传热的Schmidt公式为基础,将内部流动传热的非平衡热力学模型相与Schmidt公式相结合,对缠绕管式换热器管程对流传热的非平衡热力学理论模型进行了理论研究;提出了传热熵产数(Ns,HX)和阻力熵产数(Ns,P)的概念;对缠绕管式换热器管程的Nu、ΔP、Ns,HX和Ns,P的变化规律进行了研究;结果显示,Nu随着Re的升高而升高,传热熵产数(Ns,HX)随着Re的升高而降低;ΔP和阻力熵产数(Ns,P)都随着Re的升高而增大;传热熵产数(Ns,HX)和阻力熵产数(Ns,P)能有效反映缠绕管式换热器管程对流传热过程的不可逆损失的变化规律,揭示了缠绕管式换热器管程对流传热的非平衡热力学原理。     

缠绕管中结晶结垢的模拟研究

利用CFD模拟探究了缠绕管结构参数与操作参数对管内结垢的影响。结果表明,在相同的传热面积下,缠绕直径越小,传热效率越高,管内流体温度更高,管内更容易形成污垢。管径越小,管壁温度越容易传递到管内流体,管内更容易形成污垢。而缠绕角度则不会影响管内的结垢规律。与直管相比,当换热面积相同且恒定壁温或恒定热流时,缠绕管内流体温度较高,结垢率更大。当换热面积和换热量相同时,缠绕管内结垢率更小。     

扭曲扁平管结构对管内传热强化与阻力特性的影响

采用CFD数值计算方法,以水-空气为换热系统、水为管内流体,研究了扁平度、扭距等结构和流动参数对扭曲扁平管传热强化和阻力特性的影响规律,建立了适用于扭曲扁平管对流换热系数和Fanning摩擦因子的准数关联式。结果表明:扭曲扁平管产生的二次流对管内对流传热起到强化作用,雷诺数Re为6 000~18 000时,综合传热性能评价因子η为1.01~1.61;增大扁平度能够提高扭曲扁平管的综合传热性能;减小扭曲比虽然能够提高扭曲扁平管的对流换热系数,但阻力损失增加,且不利于提高扭曲管的综合传热性能。     

扭带结构影响管内传热与熵产的研究进展

随着工业技术不断发展,传统换热管的传热方式已经无法满足高热流密度下的热量输运要求。扭带插入物是一种能够有效提高换热管传热效率的强化传热元件,以其结构简单、加工容易的特点受到了很多学者的关注和研究。管内流体的传热性能及熵产往往作为评价换热管性能的重要参数,因此扭带结构与流动工质对这些参数的影响成为近年来研究的重点。本文主要综述了近十年来不同结构扭带对管内传热与熵产影响的研究进展。首先,将文献中研究的扭带按照几何结构进行分类,阐述和分析了不同类型扭带对换热管的传热、熵产以及综合性能的影响,试图找出几何结构与换热管传热性能以及熵产之间的联系。其次,介绍了扭带与纳米流体复合传热技术的研究进展。最后,归纳了研究人员为达到传热性能最大化以及熵产最小化而建立的传热和熵产模型,并对模型的优缺点进行了评价。     

管内对流传热的最优雷诺数

根据热力学和传递过程原理，分析了管内对流传热过程产生损失的机理，研究了损失与雷诺数之间的关系。给出了最优雷诺数的计算公式并探讨以节能为目标的换热过程优化设计。     

流动换热强化的能量传递转换机制及其最小熵产原理

在线性非平衡区域,对熵产率方程进行了相位拓展,建立了流动换热熵流变化与体系总熵产之间的关系。结果表明,熵产越小时熵流越大,则换热强度越大。当传热与传质均为自发过程,质量流与热流之间同相位时,两者的相位差越小,流动换热的强度越大,它反映了两个正熵产率过程间能量传递的场协同机制;当传热与传质分别为非自发及自发过程,质量流与热流之间反相位时,两者的相位差越大,流动换热的强度越大,它反映了正熵产率过程与负熵产率过程间能量转换的热力学耦合机制。质量流与热流之间由同相位到反相位,分别对应着场协同时的能量传递机制及热力学耦合时的能量转换机制,共同反映了体系流动换热时能量传递转换的最小熵产原理。     

基于热力学第二定律的ORC蒸气发生器性能优化

为了更深入地研究低温余热驱动ORC系统的设计与优化,建立了有机朗肯循环蒸气发生器主要热力性能计算模型,基于热力学第二定律,以蒸气发生器单位换热面积工质?升作为性能优化目标函数,选取了R245fa作为循环工质,在给定烟气进口温度以及保证循环工质在蒸气发生器出口为饱和蒸气条件下,对不同工况下的工质质量流速进行优化,并分析了在一系列换热管管径下,烟气入口温度、工质入口压力、管外对流传热系数、单根换热管烟气质量流量对目标函数及工质最优质量流速的影响。结果表明：工质入口压力与管外对流传热系数对最优工质质量流速影响显著,随着工质入口压力与管外对流传热系数的增大,最优工质质量流速增大,对应的换热管径减小;而烟气入口温度、单根换热管烟气质量流量对最优工质质量流速影响甚微。     

管内进口段对流换热过程不可逆性的数值模拟

The irreversibility due to laminar forced convection in the entrance region of a duct was studied by means of numerical simulation. Local entropy generation distributions and total entropy generation were obtained based on the entropy generation equation. The effect of Reynolds number on the irreversibility was studied for constant wall temperature and heat flux. The results showed that the irreversibility in the entrance region was different from that in the fully developed region. Reynolds number had a strong effect on the irreversibility in the entrance region. The entropy generation caused by temperature difference was relatively dominant over that caused by viscous flow. The irreversibility at constant wall temperature was different from that at constant wall heat flux.     

Entropy Analyses of Droplet Combustion in Convective Environment with Small Reynolds Number

This paper analyzes the entropy generation rate of simple pure droplet combustion in a temperature-elevated air convective environment based on the solutions of flow, and heat and mass transfer between the two phases. The flow-field calculations are carried out by solving the respective conservation equations for each phase, accounting for the droplet deformation with the axisymmetric model. The effects of the temperature, velocity and oxygen fraction of the free stream air on the total entropy generation rate in the process of the droplet combustion are investigated. Special attention is given to analyze the quantitative effects of droplet deformation. The results reveal that the entropy generation rate due to chemical reaction occupies a large fraction of the total entropy generated, as a result of the large areas covered by the flame. Although, the magnitude of the entropy generation rate per volume due to heat transfer and combined mass and heat transfer has a magnitude of one order greater than that due to chemical reaction, they cover a very limited area, leading to a small fraction of the total entropy generated. The entropy generation rate due to mass transfer is negligible. High temperature and high velocity of the free stream are advantageous to increase the exergy efficiency in the range of small Reynolds number (<1) from the viewpoint of the second-law analysis over the droplet lifetime. The effect of droplet deformation on the total entropy generation is the modest.     

加热热通量对微柱群通道内强迫对流换热的影响

以去离子水为工质,流经宽度3.5mm、长度40mm的叉排微柱群板,微柱群由直径500μm,高度分别为500、750、1000μm的微柱组成。实验研究微柱群内部加热热通量对换热特性的影响。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在100～1000之间时的进出口温度与流量,进而获得微柱群内部Nusselt数。研究结果表明,加热热通量对微柱群换热特性有重要影响。一方面,加热热通量的增大导致工质平均温度升高,工质Prandtl数降低,削弱了工质的换热能力;另一方面,加热热通量的增大降低了工质黏度,加剧了工质热运动,扰动增强,强化了工质的换热能力。当Re较低时,加热热通量的增大由于削弱了端壁面效应对换热的不利影响,同时增加了壁面与工质之间的温差,从而导致换热强化;随着Re的增大,端壁面效应减弱,因而加热热通量的增大对微柱群内部换热的影响减弱。     

PCHE内轴向导热对局部换热性能的影响研究

通过改变印刷电路板式换热器（PCHE）通道壁厚、直径以及冷热侧CO₂进口温度差,数值分析了层流条件下,轴向导热对PCHE内超临界压力CO₂流动换热的影响。结果表明,考虑轴向导热时,局部热通量沿程变化更加平缓,冷侧对流传热系数在小于拟临界温度区域变小,而热侧对流传热系数在小于拟临界温区域增大;轴向导热仅对热效率峰值附近区域有所影响,其使得峰值略有增大且向低温侧移动;传热熵产主要发生在高温区域,轴向导热可有效降低局部传热熵产。增大壁厚和直径可增大轴向导热的影响,而增大进口温差,轴向导热的影响变化不大。     

蒸发器沸腾两相段熵产分析

以管内侧制冷剂,管外侧水的蒸发换热器为研究对象,基于热力学第一、第二定律建立了蒸发器沸腾两相流段的熵产计算模型,用量纲1熵产数N_s表示管内外流体因温差传热和压降损失引起的不可逆损失。分析水侧、制冷剂侧质量流量,水侧入口温度和管长尺寸对系统熵产数的影响。结果表明：系统熵产主要由制冷剂侧两相压降引起;系统熵产数随水侧质量流率的增大迅速降低并趋于稳定,随制冷剂侧质量流率的增大呈指数增长,随水侧进口温度和管长尺寸的增大而增加。     

气-固循环流化床换热器的传热性能与压降

为强化气相换热,将流化床换热防垢节能技术和气相换热过程相结合,设计并构建了一套气-固循环流化床换热装置.以空气和玻璃珠颗粒作为工质,利用热电阻和差压传感器,系统地考察了颗粒加入量、空气流量和热通量等操作参数对于其传热性能和压降的影响.研究结果表明,玻璃珠颗粒的加入可以明显地强化气相的传热.实验范围内,最大的传热增强因子...