水平管内纯饱和蒸汽强制对流冷凝局部换热特性

通过对水平管内饱和纯蒸汽强制对流冷凝换热的实验研究, 分析在管内两相流型为环状流-半环状与波状流时, 质量含汽率、蒸汽入口流速和压力对蒸汽冷凝换热的影响, 并得到了同时适用于这两种流型的计算局部冷凝传热系数的经验关联式。结果表明:局部冷凝传热系数在环状流-半环状流及波状流下均随质量含汽率和压力的降低而减小;在环状流-半环状流下, 随蒸汽入口流速的升高而增大, 在波状流下, 随蒸汽入口流速的增大而减小;实验拟合所得到的换热经验关联式与实验结果符合良好, 偏差在±20%以内。     

中等过冷度下含不凝性气体蒸汽冷凝传热特性

通过对竖直圆管外表面含不凝性气体蒸汽在中等壁面过冷度条件下的冷凝传热实验研究,分析了混合气体压力0.4～0.6 MPa、空气含量0.07～0.52以及壁面过冷度13～25℃时,蒸汽的冷凝换热特性,给出了冷凝传热过程中的经验关联式,并对氦气的存在及其对换热过程的影响进行了初步分析。结果表明：在混合气体压力及不凝性气体含量不变的条件下,壁面过冷度的降低利于冷凝传热系数的增长;所得到的经验关联式在低过冷度条件下能较好地对换热过程进行预测,且其与实验值的误差在±15%以内;实验条件下未发生氦气分层现象,相同不凝性气体质量分数条件下,氦气的存在会使冷凝传热系数降低约20%。     

相变换热器中蒸汽冷凝数值研究

为了改善相变换热器的传热性能,使用Fluent软件分别对水蒸气和空气-水蒸气在竖直平板上的冷凝换热进行数值模拟。气液两相流采用VOF模型,水蒸气冷凝的相变模型采用Knudsen相变系数模型,水蒸气在空气中的扩散采用组分运输模型。研究了进口速度、空气质量分数对冷凝换热的影响,结果表明:当水蒸气中混入空气时,严重影响了冷凝换热性能;换热系数随空气质量分数的增加而降低,同时液膜厚度也减薄,当空气质量分数为0. 1时,换热系数降低了42. 1%,冷凝液量降低了25. 5%;提高流速,可有效提高换热系数,湍流状态下为层流状态下的3倍左右,但冷凝量却无明显变化。     

含不凝气体蒸汽波节管内凝结特性研究

通过数值模拟,研究了波节结构、空气含量及Reynolds数Re对含空气的水蒸气波节管内凝结特性的影响,并与圆形换热管内的情况进行了对比。模拟结果表明：空气含量增加,波节管壁面平均传热系数减小;波节管内流体流动和换热过程均呈现振荡波动;波节高度增加,壁面平均传热系数先增加后降低,在波节高度0.032 m达到峰值,而摩擦系数一直增加;波节间距减小,波节宽度增加,壁面平均传热系数及摩擦系数均增大;波节高度对波节管内流动和换热影响均大于波节宽度和波节间距。     

空温式气化器管内LNG流动沸腾模拟研究

基于FLUENT软件模拟研究LNG在空温式气化器翅片管内的流动沸腾传热特性,采用VOF多相流模型捕捉管内气液两相区的流型,结合管内对流传热系数变化分析不同流型对气化能力的影响,研究翅片管管内流动沸腾传热的温度场和气化率分布。结果表明：LNG在翅片管内的流动沸腾过程依次出现泡状流、弹状流、搅拌状流3种流型;管内流体与管外空气的换热存在滞后效应,沿管长方向流体的热量增加。气化过程中,管内不同流型对应的局部传热系数不同,近壁面滑移气泡的数量对管内换热有较强的促进作用。局部传热系数与气相体积分数呈倒U型关系,当气相体积分数为0.45时,局部传热系数最大。     

高过冷度下直管内气液两相传热特性

基于双流体模型,建立了适合高压高过冷工况的过冷沸腾模型,考察了液体过冷度和壁面热通量对垂直圆管内气液两相传热特性的影响。结果表明,高过冷度下整个截面上气相分布十分不均匀,壁面附近气泡比较密集。随着入口过冷度的减小,气相体积分数增加,促进了沸腾传热的发展。随着壁面热通量的增加,表面传热系数沿流体流动方向总体上呈增大趋势,局部区域内出现下降,并且传热系数的下降趋势随入口过冷度的减小逐渐变得不明显。     

内壁填充环状金属泡沫的管内流动凝结换热

通过采用在圆管内壁填充环状金属泡沫的方法强化管内对流凝结换热,实验研究了制冷剂R134a在内壁填充环状金属泡沫管内的流动凝结的压降和换热,克服了完全填充金属泡沫管流动阻力大的缺点。用于计算传热系数的管壁温度通过热电偶测量得到。综合分析了质量流速和两相流体干度对流动凝结压降及传热系数的影响。研究结果表明内壁填充环状金属泡沫管压降远大于光管,压降随质量流速和干度的增加而迅速增大且呈非线性。通过壁面温度分布和温度波动对内壁填充环状金属泡沫管内的两相流型进行判别,发现影响该类强化管凝结换热的两种主要流型：分层流和环状流。内壁填充环状金属泡沫管的凝结传热系数大于光管,且随着质量流速和干度的增加传热系数增大,该类强化管流动凝结传热系数是光管的2倍左右。     

含空气蒸汽冷凝传热特性数值模拟

根据已有的传热传质关系式,通过CFD软件在控制方程中加载控制方程源项,建立了含空气蒸汽冷凝的数值计算模型,运用此模型对两种实验的共10组工况进行了数值计算。结果表明,计算模型对两组实验在压力、温度、空气含量以及冷凝传热系数的预测方面均有较高的准确度;潜热传热系数及显热传热系数都随着空气含量的升高而减小;在空气质量分数低于50%的工况下,潜热换热是冷凝传热的主导因素;局部潜热传热系数沿传热管高度方向从下至上呈递减趋势,而局部显热传热系数则呈现相反变化。     

含空气蒸汽冷凝传热特性数值模拟

根据已有的传热传质关系式,通过CFD软件在控制方程中加载控制方程源项,建立了含空气蒸汽冷凝的数值计算模型,运用此模型对两种实验的共10组工况进行了数值计算。结果表明,计算模型对两组实验在压力、温度、空气含量以及冷凝传热系数的预测方面均有较高的准确度;潜热传热系数及显热传热系数都随着空气含量的升高而减小;在空气质量分数低于50%的工况下,潜热换热是冷凝传热的主导因素;局部潜热传热系数沿传热管高度方向从下至上呈递减趋势,而局部显热传热系数则呈现相反变化。     

微小菱形离散肋通道中R134a的冷凝换热实验研究

建立了采用空气射流冲击冷却方法的冷凝换热实验系统,对R134a在铝质微小菱形离散肋通道中的冷凝换热特性进行了实验研究。实验工况范围为制冷剂干度0~1、饱和压力0.50~1.50 MPa、制冷剂质量流率160~380 kg/(m²·s)、热通量10.1~59.8 kW/m²。实验获得了不同工况下的通道局部冷凝传热系数,分析了干度、饱和压力、质量流率以及热通量对冷凝换热的影响规律。实验结果表明：局部冷凝传热系数随干度、质量流率和局部热通量的减小而减小,随饱和压力的降低而增大,其中在干度x>0.4的区域内质量流率对于冷凝传热系数的影响效果更为明显。基于实验数据,提出了一个适用于本实验中微小菱形离散肋通道的冷凝换热计算公式。     

水平矩形通道内含不凝气的蒸汽凝结换热

对质量流量为38～132 kg·m^-2·s^-1的蒸汽/氮气混合气在水平矩形通道内的凝结换热过程进行了实验研究,研究了氮气含量、混合气质量流量以及冷水质量流量对蒸汽凝结换热的影响。结果表明：在蒸汽流速较高时,不凝气对蒸汽凝结换热的削弱相对较少--8%的不凝气使汽侧凝结传热系数平均下降了26.4%;蒸汽的凝结传热系数随着混合气质量流量的增加而增加、随着冷水流量的增加而下降;此外,通过研究还发现,沿着混合气流动方向,蒸汽凝结传热系数逐渐减小。     

中间流体气化器丙烷相变换热实验

为了模拟中间流体气化器(IFV)中中间介质丙烷的换热情况,设计并搭建了一个IFV换热模拟实验台。采用水作为热源,冷氮气为冷源,在两个套管式光滑圆管中进行了丙烷的沸腾和冷凝换热实验,分析了水入口温度、水流量和实验管倾斜程度对丙烷换热的影响。结果发现丙烷的沸腾传热系数随着热通量的增大而增大,换热管倾斜时,其换热有所增强,实验值与Cooper方程对其换热的预测值的变化趋势是一致的,误差基本在30%以内。丙烷的冷凝传热系数随着壁面过冷度的增大而减小,传热管倾斜时,其换热也有所增强,传热系数的实验值和Nusselt方程预测值的变化趋势一致,误差在40%以内。     

Experimental research on convection–condensation heat transfer characteristics and sootblowing operation strategy of waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust

Abstract

In this study, air/water vapor mixture with ash particles was used to simulate actual dryer exhaust gas. An experimental study of the convection–condensation heat transfer characteristics of air/vapor mixtures with ash particles across horizontal tube-bundles was conducted under various water vapor mass fractions and concentrations of ash particles. The variation of convection–condensation heat transfer coefficient with time presented four different types, as follows: almost did not change with time; decreased first, then reached stable values; decreased continuously in the experimental time; and decreased rapidly, decreased slowly, and decreased rapidly, with potential to increase again. In general, the convection–condensation heat transfer coefficient decreased with increasing concentration of ash particles and increased with increasing water vapor mass fraction. The reducing effect on the convection–condensation heat transfer coefficient by ash deposition would be weakened by increasing the water vapor mass fraction, but the heat exchanger would be blocked further easily by increasing the concentration of ash particles. Then, a distribution diagram was drawn to present different types of convection–condensation heat transfer curves under various working parameters. Sootblowing operation strategies were proposed under different working conditions to provide reference for the actual operation of the waste heat recovery heat exchanger for dryer exhaust.     

铜基正弦波微通道内流动沸腾传热特性试验研究

基于超快激光技术加工铜基正弦波弯曲型微通道,以去离子水为流动工质,在不同质量流量和热通量条件下,对弯曲型微通道内流动沸腾特性进行试验研究。基于温度/压力数据和流动可视化结果,发现通道传热系数随出口干度增大,呈迅速增大后减小并趋于稳定趋势,正弦波微通道相较直微通道具有更好的换热性能,传热系数最大提高127.7%,压降仅增加14.4%。波状通道结构能明显抑制流动沸腾中不稳定现象发生。通过可视化试验发现,随热通量增大,流型经历泡状流-弹状流-环状流的转变,换热主导机制由核态沸腾逐渐过渡到薄液膜蒸发。     

微尺度通道内R134a的冷凝传热实验研究

建立采用射流冲击进行制冷剂冷却的冷凝传热实验系统,对当量直径为0.63 mm矩形微尺度通道内制冷剂R134a的冷凝传热特性进行研究。实验参数范围是制冷剂干度0~1,质量流率115~290 kg/(m²·s）,饱和压力0.35~0.5 MPa,实验获得了不同工况下微尺度通道的局部冷凝传热系数,并分析了制冷剂各参数对冷凝传热的影响。实验结果表明：冷凝过程中沿制冷剂流动方向,局部冷凝传热系数会随着干度减小而减小;在一定饱和压力下,局部冷凝传热系数与局部热通量相对应;冷凝传热系数随着饱和压力减小而增大。基于实验数据,整理出适用于本实验工况下微尺度通道内R134a的冷凝传热计算公式。     

高湿度工业废气冷凝脱湿模型研究与数值模拟

针对高湿度工业废气冷凝脱湿进行模型研究和数值模拟,引入分配系数α表征雾状冷凝和膜状冷凝并存的权重.恒壁温冷凝管外混合气体在环形空间湍流冷却冷凝的温度分布、湿度分布及其梯度（传热传质推动力）分布的模拟结果显示,雾状冷凝的控制机理是冷壁面附近温度梯度与湿度梯度协同作用下传热传质产生的局部过饱和;膜状冷凝从冷壁面移出大量冷凝潜热,促使气相主体传热传质过程更迅速,脱湿效果更好.实际过程介于二者之间.DAP尾气冷却冷凝现场实验传热传质数据,在水汽冷凝减量34%～57%的范围内,与α＝0.2的数值模拟结果相当吻合,验证了本文的模型与数值模拟.