折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h,壳程总压降Δp以及单位压力损失下的传热系数h/Δp作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降Δp以及h/Δp随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明:随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h/Δp减小;在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h/Δp,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度,可提高换热器的换热性能。     

曲面弓形折流板换热器壳程压力降的数值模拟

采用Fluent软件数值模拟了一种新型折流板换热器——曲面弓形折流板换热器壳侧流体的流动状态,计算了壳程压力降,并与普通弓形折流板换热器进行了比较。结果发现:在流量一定的情况下,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降明显低于普通弓形折流板换热器的壳程压力降,而且随着曲面折流板曲率半径和折流板圆缺口高度的减小,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降降低的百分比增大。     

小孔混流折流板换热器壳程传热性能研究

传统弓形折流板换热器在折流板背流侧存在“流动死区”,会减小壳程传热效率。为降低“流动死区”的影响,提出小孔混流折流板结构,并建立小孔型混流折流板换热器有限元模型,研究小孔位置和数量对换热器壳程传热性能的影响。结果发现,壳程流体在折流板小孔处会形成射流,增强了附近流体的湍流程度,减小了“流动死区”的范围,提高了壳程传热效率。在研究范围内,随着折流板小孔位置向缺口处移动,壳程强化传热能力先增强、后减少。壳程强化传热能力最强的小孔位置靠近折流板缺口,相比没有小孔的传统折流板换热器,此时的努塞尔数提高了17.02%,压力降减少了3.58%。同时还发现,折流板小孔数目越多,虽然壳程流体的流动阻力越小,但换热效率变化不是单调的,意味着折流板的小孔布孔方案存在优化设计空间。     

密封条对六分螺旋折流板换热器壳程侧换热影响

针对两种不同剪裁方式(60°、90°)布置的六分螺旋折流板,建立无密封条和存在密封条的换热器壳程侧模型;采用CFD分析软件借助数值模拟的方法,研究密封条及密封条结构改变对换热器壳程侧流动和传热的影响。结果表明:密封条的存在能够有效的提高壳程侧的换热系数,对90°扇形剪裁方式布置的六分螺旋折流板换热器壳程的影响较60°明显;在壳程侧换热系数增加的同时,壳程压降也随之增大。密封条宽度与间隙比值越大,壳程侧的换热系数越高;当比值为94.1%时,壳程单位压降换热系数较无密封条时增加(8.05~17.8)%。     

大小孔折流板换热器壳程场协同分析

根据大小孔折流板换热器壳程结构和流动特点,利用有限元软件ANSYS-Fluent建立了大小孔折流板换热器周期性单元流道模型,通过对该模型的分析,揭示了大小孔折流板换热器内部流道的压力、温度、速度和角度场的分布规律。从角度场的分析得知：随着雷诺数的增大,大小孔折流板换热器壳程角度场的平均协同角逐渐降低,其传热效果越好;而当大孔直径和板间距较小时,大小孔折流板换热器壳程的场协同度较好,具有更好的传热性能。     

管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT 13.0模拟软件中对管壳式换热器的壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到了不同折流板间距及入口流速的情况下换热器壳程流体温度场、速度场和压力场,分析了折流板间距及入口流速对换热效率和流体诱导振动的影响,对换热器结构优化设计提出了改进措施。     

螺旋折流板换热器壳程传热性能的研究

主要对18°,25°,30°螺旋角的螺旋折流板换热器壳程传热性能进行了测定与研究,同时又进行了18°,25°,30°螺旋角的螺旋折流板换热器与传统的弓形折流板换热器壳程传热性能的比较。即从试验中得出了螺旋角为30°的螺旋折流板换热器的传热效率最高,又得出18°,25°,30°不同螺旋角度的螺旋折流板换热器的壳程传热效率都比传统的弓形折流板换热器壳程传热效率高。     

开孔折流板对列管式换热器传热性能的影响研究

针对由传统弓形折流板结构带来的壳程流动死区,从而引起的流动阻力大、传热效率低等问题,本文对折流板进行开孔,通过数值模拟的方法研究开孔折流板结构对列管式翅片换热器壳侧流体流动、传热及阻力性能的影响。研究发现,折流板开孔后,壳程流动死区明显减小,壳程传热系数及压降同比开孔前降低了;综合换热性能同比开孔前提升了。壳程压降随开孔率及板间距的增大而减小,壳程努塞尔数Nu随板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现,开孔率x=0.229、折流板间距H=85 mm的列管式换热器综合传热性能最佳。     

倾斜折流栅式换热器壳程热力特性研究

为提升常规斜向流换热器的壳程传热性能,提出了一种倾斜折流栅式换热器。采用CFD分析软件FLUENT,标准k-ε模型方程对两种斜向流换热器的壳程热力特性进行了数值研究,并运用场协同原理分析了斜向流换热器的强化传热机理。结果表明:随着折流栅倾斜角的降低,壳程传热系数、压降、综合性能升高,但随着倾斜角的继续降低,如在(60~70)°范围内,壳程传热系数和综合性能基本保持不变;倾斜折流栅式换热器能够提高壳程局部纵向流场的流速,增加壳程流体整体的斜向流程度和速度场与温度场的协同性,强化换热。倾斜角为70°时,倾斜折流栅式换热器较常规斜向流换热器壳程传热系数和综合性能分别提高(7.54~7.66)%和(6.29~6.45)%。研究结果为斜向流换热器的结构优化和推广应用提供了理论依据。     

板壳式换热器壳程传热性能分析

针对一种波纹板式换热器,改变其板束放置方式和折流板切口方向建立4种不同结构实验模型。利用Fluent分析壳程流体传热性能,得出板束竖直放置—折流板水平切口模型换热器压降ΔP最小;忽略压降损失时板束竖直放置—折流板垂直切口模型换热器的对流传热系数ho最高;在综合考虑的情况下,前者ho/ΔP最高,传热性能比其他模型增高40%以上,该实验对同类产品设计研究可提供理论参考。     

可拆式螺旋板换热器内部流动与传热的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)和数值传热学方法,建立了可拆式螺旋板换热器内部流动与传热的数学模型,模拟得到了其内部压力场和温度场的分布情况,同时讨论了流体流速和流道间距对换热器性能的影响.结果表明,几何结构一定时,适当提高油侧流速比提高水侧流速对强化传热更经济有效,而在流量一定情况下,流道间距的确定必须兼顾传热-压降性能和金属板材消耗量综合权衡.这些模拟结果对可拆式螺旋板换热器的优化设计以及运行参数的调试具有重要的参考价值和指导意义.     

管壳式换热器在线清洗的机理分析与数值模拟

管壳式换热器在在线化学清洗的过程中,由于循环泵提供的扬程(功率)不足,使清洗剂在壳程中无法达到应有的流速,从而导致溶解的污垢由于自重或黏性依附于换热设备底部,无法随清洗剂带出的现象,严重影响了换热设备在线化学清洗的效果,阻碍了这项新技术的推广与应用,达不到企业节能减排的目标.本文基于换热设备在线化学清洗时流体机械作用最小阈值概念及埃索计算公式,对在线化学清洗过程中壳程流体的机械冲力进行了计算与分析,并利用FLUENT进行数值模拟分析,得出了在线化学清洗中循环泵等设备重要参数的确定原则,对企业技术人员应用这项新技术提供了参考.     

管壳式换热器数值模拟与斜向流换热器研究

笔者从理论的角度出发,在实验的基础上,对管壳式换热器的数值模拟进行了分析,并对它的传热强化进行了阐述。     

树形微通道热沉仿生建模及三维热流特性数值分析

对几种典型树叶进行参数测量,获得了各级叶脉直径、交角值及直径比例关系,在此基础上建立了树形微通道热沉的CAD模型,并对不同分形级数的双层微通道系统内的温度和流动特性分布进行了数值分析。结果表明,树形微通道具有更好的均温性,7级分形的树形微通道与6级和8级分形的树形微通道相比,所冷却芯片的温度更低,压降更小,具有更好的冷却效果。     

发动机冷却系统中流动与传热问题数值模拟进展

着重论述利用数值模拟技术研究发动机冷却系统中流动与传热问题的发展现状,包括水套单相流及气液两相流流动、流－固耦合传热、一维与三维联合模拟等该研究领域的热点内容。耦合系统之间联合分析的方法准确反映了发动机各部件之间的影响关系,这种分析方法是目前研究的重点,但其中仍存在一些问题。基于此状况提出改进办法：针对不同工况选用循环平均参数作为燃气侧传热边界条件;水套进出口的流动边界条件,在稳态工况下设为定值,在过渡工况下通过循环一维仿真计算确定;应采用整体耦合方法进行计算,计算模型应尽量完整,但可以进行适当的简化,并总结出模型简化的原则。     

管壳式换热器壳程流动和传热的数值模拟研究进展

介绍了管壳式换热器壳程流体流动和传热的数值模拟的国内、外研究状况及其发展方向。     

基于计算流体力学数值模拟的板式换热器传热与流动分析及波纹参数优化

基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法对板式换热器整板和局部计算域进行数值模拟。建立1 000mm数量级冷热双流道的人字形板式换热器整板片的流动及换热计算模型,利用FLUENT软件对集中供暖系统中的水-水换热工况进行模拟研究,分析冷热流体在换热器中的流动形态以及换热情况;与此同时建立200 mm×200 mm冷热双流道的局部计算域模型,对不同波纹倾角β,波纹截距λ的板片单元进行模拟分析,根据波纹参数对板式换热器的流动及换热情况的影响优化波纹参数。结果表明,整板LPM77板片流道中流体分布十分不均,且人字形尖点和流道边缘处流速较低,湍流程度较小,换热效果较差;随着波纹倾角β增大,板片换热能力先增后减,极值点在β等于60°左右,流体的压降同样先增后减,然而压降的最大值点出现在60°之后。综合考虑换热情况以及流动压降,一般工况下波纹倾角β选择在60°左右较为适宜;随波纹截距λ增大,流体的换热性能以及流动压降均呈现降低趋势,波纹截距λ对压降的影响程度大于波纹倾角β对其的影响。