脉动流条件下弹性管束换热器振动特性仿真

为了得到弹性管束换热器传热元件的振动参数以及流体诱导振动强化传热规律,对平面弹性管束的固有振动特性及脉动流作用下的弹性管束振动规律进行了研究.首先,利用ANSYS软件建立平面弹性管束有限元模型,并对管束进行模态分析;然后利用FLUENT软件对弹性管束内通入脉动流后的流场进行数值分析.结果表明:弹性管束复杂的三维运动状态提高了其换热和抑垢性能;三棱柱绕流体产生的脉动流速度变化范围为0.4~1.3m/s,波形明显,因此三棱柱绕流体更适合用于脉动流发生装置;数值计算得到的弹性管束振动频率与实际工况脉动流流体流经弹性管束时产生的频率相一致,为弹性管束换热器在实践使用中提供一定的参考意义.     

流体诱导新型弹性管束强化传热实验

为深入研究不同实验条件下新型弹性管束的传热特性,建立了传热综合实验台,计算得到了管束管外、管内及总传热系数随Re的变化曲线图。实验结果表明:新型弹性管束的管外平均表面传热系数基本为同Re数下的固定管束的3倍以上,强化传热效果明显。对比不同条件下的实验结果可以得出,汽-水换热条件最好、水-水换热条件次之、恒热流条件最差。原因为管内流体介质对弹性管束的振动特性影响较大,振动特性增强使得传热特性增强。     

外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性模拟

为进一步揭示外掠管束间蒸发冷却传热传质及压降特性,综合考虑了管束壁面水膜的形成及湿空气-喷淋水间传质过程,采用DPM(Discrete phase model)与水膜耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了外掠管束间空气-水蒸发冷却传热传质及压降特性分析模型。首先,采用文献实验数据验证了模型的可靠性,其误差在1%范围内;然后,采用模拟方法,研究了外掠管束间传热传质及压降沿竖直高度方向的变化特征。结果表明：由于湿空气焓差和饱和空气焓差的变化,导致传质系数沿盘管高度方向发生波动,但总体呈降低趋势;在同一工况下,湿空气焓差对传质系数的影响较大,传质系数的波动主要是湿空气焓变化造成的;外掠交错管束间喷淋水膜温度并非保持恒定不变,而是随盘管高度的降低而降低,即沿下落方向液膜温度逐渐降低;交错管束底部区域喷淋水蒸发量最大,沿盘管高度方向,喷淋水蒸发量降低;喷淋水发过程主要发生在管束表面及管束尾流区,通过在管束间增加挡板或者减小管间距,可以强化管束表面及尾流区流场扰流作用,增强喷淋水的蒸发冷却作用;交错管束间传热系数在换热盘管中间稳定区域变化较小,其受进气温度、喷淋水温度及相对湿度的影响较小;交错管束间压力...     

新型弹性管束固有振动特性实验及数值模拟

结合原弹性管束的结构及工作特点,提出了弹性管束的优化结构。理论推导了弹性管束的端部受力特性,并采用实验与数值模拟相结合的方法对管束振动特性进行研究,得到了其面外、面内振动的振型、固有频率。实验结果表明,与原弹性管束相比,新型弹性管束端部截面所受弯矩不足原管束的1／6,安全性能有了较大提高;固有频率较原管束低,更易于在外流的激励下产生振动;单位容积的传热面积相应增加24.7％。     

波节管管内氦气流动与传热的计算及分析

针对氦气在光管及波节管中的传热特性及阻力特性进行了Reynolds Stress Model(RSM)数值模拟研究。对比了不同结构波节管努塞尔特数Nu和摩擦阻力系数f的变化规律,为了深入研究强化换热,随后又分析了不同结构下综合传热因子η的变化规律。结果表明波距P和波谷半径r对波纹管传热性能、阻力性能和综合传热性能都有一定程度的影响。在雷诺数较低,波距较大,波谷半径较大的情况下,波节管具有更佳综合性能。     

LNG空温式气化器管束传热特性

液化天然气（LNG）空温式气化器由翅片管管束组成,以节能环保的优势在LNG中小型气化站得到广泛应用。空温式气化器管束中的单根翅片管传热会受到相邻翅片管的影响,与大空间中的单根翅片管的传热过程存在差异,传统的传热设计中往往忽略管束中翅片管的传热差异,带来较大误差。针对空温式气化器管束传热特性展开研究,对涉及流固耦合传热问题的翅片管管束进行整场建模与求解,采用混合物模型和Lee模型求解管内LNG气化传热,得到了管束中不同位置翅片管的空气侧温度场分布及传热系数,建立了空气侧传热差异系数拟合公式,并用管束空气侧传热特性实验对拟合公式进行了验证。     

多孔介质流动显示与强化传热的实验研究

对添加挡流板、螺旋板及多孔介质的管束外掠流动的流型、流阻及其传热特性进行了实验研究。实验表明 ,直挡流板的管束流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热。螺旋板的管束流道的Nu比直挡流板高 79% ,而具有螺旋板和多孔介质组合的管束流道的对流换热系数比直挡流板高 94%。同时得到了最佳螺旋角和多孔介质的最佳孔隙率     

LNG绕管式换热器管侧流动与传热实验台设计及验证

绕管式换热器是天然气液化的核心设备,然而目前中国天然气液化用大型绕管式换热器的实验研究比较薄弱,相关设计工作的指导理论还不完善.为研究液化天然气(LNG)绕管式换热器管侧流动与传热特性,提出一种可以模拟LNG绕管式换热器实际运行工况的实验方法,并完成实验台的设计、搭建及调试工作.为保证实验数据的准确性,以液相丙烷为实验介质,对其在不同工况下的传热系数进行实测,并将实验所得传热系数与在相同工况下由经典的管内传热关联式计算所得传热系数进行对比.结果表明:实验台可以稳定工作,实验工况可以达到LNG绕管式换热器的实际运行工况,实验测试值与相同工况下的关联式计算值偏差在±10%以内.说明实验台精度较高,实验数据可靠,为LNG绕管式换热器管侧冷凝流动与传热特性的深入研究奠定了实验基础.     

渗层不锈钢管束表面真空下换热特性的实验分析

为了探究在真空条件下材料表面特性对蒸汽凝结换热的影响机理,从实验和凝结理论两个方面入手探索了在真空条件下渗层不锈钢管束壁面蒸汽凝结的换热特性。在真空条件下进行对比实验,实验结果表明,渗层不锈钢管束的凝结换热性能明显优于普通铜管束,且随着真空的提高,效果更为显著,最高提升幅度可达77％。进而从真空对蒸汽的流场、非冷凝气体的热阻及其固相和液相间的界面能差三个部分论证了真空度的提升有利于冷凝液滴的形成和凝结换热效果的提升,与实验结果相符。     

管壳式换热器瞬态换热性能分析

通过理论分析，分别以壳程流体、管程流体、管内外壁为研究对象，建立了管壳式换热器瞬态换热数学模型．模型中很好地解决了顺流和逆流同时存在的问题．存此基础上借助于仿真手段对管壳式换热器的瞬态换热性能进行分析，为了减小线性化方法带来的误差以及提高计算的准确度，仿真计算时所采用的数学模型未进行线性化处理，而直接采用非线性化方程进行程序编写．仿真结果与换热器实际运行数据吻合很好，说明所建立的数学模型可用于同类换热器瞬态换热性能分析．通过对换热器瞬态换热性能的分析，町清楚地了解换热器的动态换热特性，为换热器设计及控制提供理论依据．     

波节管脉冲流强化对流换热数值分析

通过数值模拟计算,探讨脉冲流对波节管对流换热的强化机理．研究表明：脉冲流强化效果与速度和频率有关,与稳流相比脉冲流可使波节管换热效果提高90％．脉冲流强化换热原因是脉冲流使得波节管波节处产生漩涡,增强扰动,减少热边界层厚度．     

Flow mechanism and heat transfer enhancement in longitudinal-flow tube bundle of shell-and-tube heat exchanger

The flow disturbance and heat transfer mechanism in the tube bundle of rod baffle shell-and-tube heat exchanger were analyzed, on the basis of which and combined with the concept of heat transfer enhancement in the core flow, a new type of shell-and-tube heat exchanger with combination of rod and van type spoiler was designed. Corresponding mathematical and physical models on the shell side about the new type heat exchanger were established, and fluid flow and heat transfer characteristics were numerically ...     

Fluid flow and heat transfer characteristics of spiral coiled tube: Effects of Reynolds number and curvature ratio

Numerical analysis was performed to investigate flow and heat transfer characteristics in spiral coiled tube heat exchanger. Radius of curvature of the spiral coiled tube was gradually increased as total rotating angle reached 12π. As the varying radius of curvature became a dominant flow parameter, three-dimensional flow analysis was performed to this flow together with different Reynolds numbers while constant wall heat flux condition was set in thermal field. From the analysis, centrifugal force due to curvature effect is found to have significant role in behavior of pressure drop and heat transfer. The centrifugal force enhances pressure drop and heat transfer to have generally higher values in the spiral coiled tube than those in the straight tube. Even then, friction factor and Nusselt number are found to follow the proportionality with square root of the Dean number. Individual effect of flow parameters of Reynolds number and curvature ratio was investigated and effect of Reynolds number is found to be stronger than that of curvature effect.     

能源桩传热特性与热-力响应研究综述

能源桩将地源热泵系统与传统桩基结合,具有换热效率高、占用空间少和成本低等优点。梳理近年来关于能源桩的传热和承载性能两个方面的研究进展,分析能源桩传热性能的影响因素及机理、热—力耦合状态下的结构响应及传热、结构响应的数值模型。在此基础上,提出能源桩下一步的研究建议与展望。分析指出：螺旋形管体的换热面积最大,换热效率最佳;在循环剪切作用下,能源桩的桩—土界面侧摩阻力衰减,使桩基承载力不断弱化;此外,一个周期中的制冷/制热需求不均可能引起地表温度失衡,从而影响换热效率。能源桩的优化设计及长期服役的可靠性将是未来研究的重点。     

不同强化换热管内流动沸腾换热特性对比

采用实验方法对比制冷剂R410A在6根强化换热管和1根光滑管内的流动沸腾换热特性. 实验测试段饱和温度为6 ℃,进出口干度分别为0.2和0.9,质量流速变化范围为80～350 kg/（m²s）.实验结果表明：三维强化管相对光滑管流动沸腾换热系数的强化倍率可达1.14～1.53,因为强化表面上的凹痕阵列能够增强两相间湍动、提高汽化核心数目并打断液膜边界层制造分离流和二次流从而强化换热. 三维强化管中,管1EHT在低质量流速范围内具有较好的换热性能,而管2EHT在相对较高的质量流速时强化性能更优;齿形参数不同的3根内螺纹管间的换热系数差距较大,其中当内螺纹管螺旋角足够大时齿高与液膜厚度之比相近的内螺纹管具有较好的换热性能.     

水平光管和内螺纹强化管内换热性能的研究

本文通过建立制冷循环系统，主要研究光管和内螺纹铜管对制冷效果的影响，采用局部表面传热系数的分析方法，较准确地表现换热器管内制冷机单相和两相的换热性能，文中考虑了制冷剂的蒸发干度对制冷效果的影响，并把试验结果和kandikcar得出的经验公式计算结果进行了对比，得出如下结论：内螺纹铜管的换热效果要比光管高出2倍以上。     

带水平传热管束的组合加热流化床传热及干燥特性

组合加热流化床干燥机综合了间接加热热效率高及普通流化床热质传递效率高的优点，在高湿含量物料及热敏性物料的干燥中具有优势。本文考察了带水平传热管束的组合加热流化床干燥机中各操作条件对传热系数及干燥机热效率的影响。结果表明，操作气速及床层温度对传热系数及热效率有较大影响，操作气速增大，传热系数先增大后降低，存在一个最大值，而热效率呈单调下降；床层温度升高，传热系数增大，而热效率降低；因此，合理选择这些操作条件，对提高传热系数及热效率是非常重要的。工业装置的运行结果表明，该干燥机的热效率达70％以上，远高于普通流化床干燥机。     

流体激励作用下换热管和挡板随机碰撞响应研究

当流体诱发换热器管束的振动较大时,换热管振幅最大处会产生换热管和挡板之间的碰撞,导致换热管产生微动磨损,进而产生破坏。利用ANSYS软件对某型换热器换热管的瞬态流体激振响应进行了有限元分析,在此基础上,研究了换热管和挡板之间由于较大的激振响应振幅所产生的随机碰撞现象,计算了换热管和挡板之间随机碰撞力作用下的非线性动力响应和振动规律,为换热器管束系统的设计提供了一定的理论参考。     

纵向流混合管束换热器试验研究

对三种纵向流管壳式换热器进行了试验研究, 结果表明变截面管管束的传热系数比光滑管管束高１．３～２ 倍, 但压降也大出０．６～１ 倍, 而采用混合管束既可获得高的传热系数, 也可使压降不至过大．通过改变变截面管与光滑管不同数量比例和布置方式, 使之满足对强化传热和限定压降的各种要求．     

脉动流技术在管壳式换热器振动分析中的应用

为了避免脉动流技术产生的流体诱导振动造成换热器管的强度、刚度过大而导致结构失效,采用了有限元分析方法.建立换热器的流固耦合模型,施加有脉动流和无脉动流两种不同工况下的边界条件和荷载条件,从模态振型和动态响应等方面分析了两种工况下流体诱导振动对换热器管的影响.提取换热器管中间位置点和端部位置点的模态振型和动态响应曲线图,对两种工况下的计算结果曲线图进行了分析对比,结果表明：有无脉动流对管壳式换热器管的结构固有频率的影响不大;无脉动流作用时,换热管中间位置易发生刚度失效,端部位置易发生强度失效;有脉动流作用时,换热管中间位置的位移和端部所受的应力随时间呈周期性变化,可通过改变脉动流激励函数的系数来避免换热管发生振动失效.对脉动流技术安全地应用于换热器设备提供了一定的技术参考.