变截面扭曲椭圆管在冷冻脱水器中的应用

应用于四氟乙烯（TFE）生产工艺的传统单弓形折流板式冷冻脱水器存在换热管径大、裂解气冷量分布不均、脱除的冰晶不能有效在脱水器中停留而随裂解气进入下级以及因折流板原因导致的壳程流动阻力大等缺点。为此本文设计了一种新型冷冻脱水器,与传统冷冻脱水器相比,采用变截面扭曲强化传热管代替光滑圆管,使冷冻脱水器管程流体沿扭曲螺旋线流动,低雷诺数下形成非对称扰流,有效破坏边界层,提高了传热效率;管内TFE裂解气中的水分更快冷冻并在气流离心力作用下迅速甩向管壁,凝结成冰,提高脱水效果;并且壳程改为变空间纵向流动,流动阻力低,节省材料。结合案例监测数据,与传统单弓形折流板式冷冻脱水器进行数据对比,冷冻脱水效果较原换热器提高30%。     

大管孔导流板管壳式换热器及其计算

管壳式换热器的折流板有圆缺形、碟环形等,使气体折流横过换热管流动,有其缺点。大管孔导流板是将这种板制作成一块整版,板上的管孔开大,叫大管孔导流板,即管孔直径比换热管直径大10%以上,让管隙流体全部导流从换热管外壁与大管孔的环隙间流过,使流体更趋向于紧贴换热管壁内外逆流传热。实践证明传热效果很好。还介绍了这种换热器传热系数和压力降的计算公式,很有实用价值。     

花板换热器与单弓形折流板换热器对比实验研究

折流板壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点,折流杆换热器用作冷油器时壳程Re偏低,为了克服上述缺陷,研制出一种新型的花板换热器。花板换热器中壳程流体的流动方式与单弓形折流板换热器不同,壳程流体纵向冲刷换热管,具有壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小等特点。本文通过对花板与单弓形折流板换热器的换热和流阻性能的实验比较,得到在相同的雷诺数下,花板换热器的壳程压降仅为单弓形折流板换热器的70%—80%,以单弓形折流板换热器为参照时的花板换热器综合效益比为110%—140%。     

换热管内插扰流子的数值模拟研究

针对强化换热时较难避免的压降损失问题,以数值模拟为手段,对比分析了换热管中安装V字折流板（V-baf）、柱状扰流子（C-rod）,以及旋流子（S-gen）等扰流元件后,流体流动和换热情况。结果表明：扰流元件的加入,可以一定程度上强化传热;总结文献中已有的换热性能评价标准,综合考虑换热强化和压降损失,发现PEC（Performance Evaluation Criterion）是一种容易理解、易于计算的评价指标;经过对比3种扰流子的换热效果,其中旋流子诱导管内流体产生旋转流动,旋转流动可以使得流体在径向发生混合,增大核心区流体温度均匀程度,符合二次流强化与核心流强化原则;同时,旋转流动持续距离长,可以保持较长距离不衰减,换热综合效果较好。     

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟

为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391～4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明：三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9%,JF因子高13.67%,综合传热性能更好。在此基础上运用耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器耗散率最小。另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量。     

轴流型换热器进口段流阻

对于折流板式换热器,壳体中折流板一方面增强了壳程流体的扰动,强化了流体的对流换热,另一方面不可避免地加大了流体的流动阻力,同时会产生流动死区、漏流等不良现象．轴流型管壳式换热器由于壳体中无折流板,因而不存在流动死区等不良现象,壳程阻力损失明显降低．轴流型换热器的传热效果虽因无折流板对流体的扰动而有所降低,     

圆孔状折流板换热器壳程流体流动与传热特性的数值研究

传统弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点,为了克服上述缺点,本研究在弓形折流板的基础上有规律的开圆孔,并对其运用CFD软件Fluent进行数值模拟,研究其壳程流体流动与传热特性。本文通过数值模拟得出:折流板上开圆孔后,壳程流体流速更加均匀,有效地消除了流动"死区",换热器平均压力损失降低了46.7%~150%,平均努赛尔数提高了2.7%~10.2%,速度矢量与温度梯度的夹角变小,协同性更好。     

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟

为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391~4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明:三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9%,JF因子高13.67%,综合传热性能更好。在此基础上运用(火积)耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的(火积)耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器(火积)耗散率最小。另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量。     

管壳式换热器换热管杆状支承结构

传统的管壳式换热器设计了壳程折流板或支持板,其作用主要为:(1)对壳程流体折流,增加流动范围;(2)固定换热管,以防止其产生过大挠度并减少管子振动;折流板或支持板的缺点是:(1)增大壳程流体阻力,增大污垢;(2)制造时需划线、钻孔、锪孔,工时耗费大,加工精度高,增大了设备制造成本。     

螺旋折流板换热器的国内外研究进展

针对螺旋折流板换热器的结构及折流板形式,简要介绍了国内外的研究进展,分析了壳侧流体的流动和换热机理,表明螺旋折流板结构是改善壳侧流体换热性能的有效措施。与传统的弓形折流板相比,螺旋折流板换热器的最大特点是单位压降下的壳侧换热系数高。     

三角形布管方式下2种换热器的场协同分析

基于采用周期性全截面计算模型得到的帘式折流片换热器和折流板换热器壳程流体流动和传热数值计算结果,应用场协同原理对二者传热性能进行了分析。分析了帘式折流片换热器在壳程不同位置处的速度和湍流度,以及场协同角和对流传热系数,并与折流板换热器相同位置处的情况进行了对比。由于折流板壳程流体为横向流动,而帘式折流片壳程总体上是纵向流动,故折流板换热器的平均流速和湍动度稍高于帘式折流片换热器,平均流速为帘式折流片换热器的1.15倍,其湍动程度为帘式折流片换热器的1.4倍;折流板换热器2条验证线上的场协同角的平均值均小于帘式折流片换热器。研究结果为管壳式换热器结构改进和性能提升提供了参考依据,同时帘式折流片换热器的这种结构特点对于节能降耗的研究也具有重要意义。     

螺旋扭曲扁管换热器传热与流阻性能试验研究

对4种不同结构的螺旋扭曲扁管换热器的管程和壳程传热与流阻性能进行了试验研究,并和采用圆管作为换热管的弓形折流板换热器进行了比较,根据试验数据回归出反映螺旋扭曲扁管换热器管程和壳程传热与流阻特性的关联式。研究结果表明,螺旋扭曲扁管换热器管程与壳程都有较好的强化传热性能,螺旋扭曲扁管的几何尺寸和流体Re对其管、壳程传热与流阻性能有重要影响。     

扭转流换热器结构参数对流场和温度场的影响

建立扭转流换热器和弓形折流板换热器两种周期性全截面模型,采用计算流体力学方法对两种换热器的传热系数、阻力、综合性能进行了数值研究。分析了扭转流换热器管束支撑物类梯形导流板结构参数对换热器传热和流阻性能的影响。结果表明：导流板倾角和相邻两组导流板间距对扭转流换热器传热性能的影响显著,导流板宽度的影响次之,每组导流板的数量的影响较小。扭转流换热器优化结构,压降较弓形折流板换热器降低42.5%~46.9%,综合性能提高7.2%~14.1%。研究结果为管壳式换热器结构优化和强化传热提供了新方案。     

折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响

为了研究单弓形折流板的切口方向对管壳式换热器传热与流动性能的影响,文中通过建立3个不同折流板切口方向的管壳式换热器简化实体模型,运用CFD软件Fluent对管壳式换热器壳程传热与流动状态进行了三维数值模拟。以水为壳程流体介质,在不断改变壳程进口流速,使得壳程进口雷诺数Re在10 000到70 000范围内变化时,得到了不同状态下的壳程流场与温度场。根据数值模拟结果,以总传热系数α,壳程总压降Δp以及单位压降下的传热系数α/Δp作为综合衡量标准,分析不同折流板切口方向时的管壳式换热器壳程流场与温度场。数值模拟分析结果表明:折流板为垂直切口方向时,管壳式换热器总传热系数最大,压降最小,综合性能最好,另外2种折流板切口方向的管壳式换热器综合性能差不多。     

换热器结构优化与换热性能评价指标研究

某运载器中冷却器存在若干问题：壳侧压力损失较大;采用的弓形折流板结构使得壳侧工质呈现出Z字形流动,在折流板后易形成流动死区,促使壳侧结垢,使得换热器总传热性能降低。提出了两种针对壳侧结构的强化换热设计方案。方案一为减少弓形折流板数量、增加折流板间距;方案二为采用螺旋折流板替换原有的弓形折流板。为验证文中采用的热力设计方法的准确性,根据文献中的实验结果针对弓形折流板和螺旋折流板管壳式换热器热力设计方法进行了验证,结果表明文中采用的热力设计方法得到的计算数据与实验结果的偏差在37%以内,满足工程设计需求。优化方案根据优化参数不同,其优化结果有所不同,基本存在以下规律：优化设计可使换热器管壳两侧总压降减小,但同时其换热性能也下降。因此,需要一个综合指标来进行评价。文中提出以换热量Q与换热器流动阻力引起功耗的比值作为综合性能评价指标。该指标表示换热系统克服换热器流动阻力消耗单位泵功下的换热量,其值越大,单位泵功下换热量越高,经济性越好。经过计算发现最优方案相对原始方案,综合评价指标提高了约22.2%。     

空气在立管外螺旋流动实验设计

螺旋隔板换热器是一种高效节能换热装置,研究空气在立管外螺旋流动的传热和流阻性能对提高螺旋隔板换热器的传热效果和研究花瓣管、低肋管等高效节能的螺旋隔板换热器形式有一定的研究意义。针对于此,介绍了空气在立管外螺旋流动的实验流程,并阐述了相应的实验方法和步骤,描述了关于传热系数和流动阻力的数据处理方法,为此类实验提供了实验指导和依据。     

帘式折流片换热器强化传热数值研究

为解决折流板换热器壳程流体阻力过大和折流杆换热器低Re下传热系数较小等管壳式换热器的不足,提出了壳程流体"斜向流"的新概念,研制了新型高效节能管壳式换热器?帘式折流片换热器,其壳程传热系数高于折流杆换热器20%～30%,而壳程压力损失大幅低于折流板换热器。以场协同原理分析了斜向流的强化传热机理,指出在帘式折流片换热器壳程中流体速度场与温度梯度场间的夹角小于折流杆换热器,是其强化传热的重要原因。对帘式折流片换热器中折流栅间距、折流片倾角、折流片宽度等重要几何参数对传热和压降的影响规律进行了数值模拟研究,并据此推导了壳程传热系数和流体阻力降准数关联式,为其工程设计和推广应用提供了参考依据。     

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对各种强化壳程传热的传热管换热器、纵向流、螺旋流、射流换热器的结构特点、强化传热机理及其研究现状进行了详细的分析与总结,并提出了管壳式换热器壳侧强化传热技术的发展方向。