内置洁能芯换热管强化换热实验研究

针对于在化工换热设备中期强化传热与自清洁作用的"洁能芯"内插件强化换热装置进行了实验研究,实验的雷诺数范围2300到9000,对比了插入"洁能芯"内插件换热管与光管的努塞尔数与摩擦因素,分析了"洁能芯"内插件对于强化传热的效果与增加的阻力损失。结果表明:"洁能芯"内插件能够有效的扰动流体,使管内流体的流动状态有利于强化传热,提高的幅度在30%到60%,并且随着雷诺数的增大而减小。同时,"洁能芯"内插件也会对增大换热管的摩擦因素,造成一定的阻力损失。     

两相闭式热虹吸管强化传热研究进展

回顾了两相闭式热虹吸管强化传热技术研究现状,将热虹吸管强化传热技术归纳分为4类,即采用高效工作介质、管壁内表面处理、管内设置内插件和其它类。分别阐述了这4种技术的强化传热机理,总结得出大部分技术多局限在实验分析层面上,缺乏理论上的深入分析,暂时没有得到工业生产的大规模应用。并指出了强化传热技术的理论研究、各种参数对传热性能的影响探究以及如何降低工业应用的生产成本将是今后热虹吸管强化传热技术的研究热点。     

一种新型裂解炉炉管强化传热数值模拟

利用计算流体动力学(computational fluid dynamic,CFD)方法对含新型内插件强化传热辐射炉管(fortified induced turbulence,FIT)进行了流体流动与传热特性的研究,采用RNG双方程模型求解了动量方程和能量方程,给出了FIT炉管内的流体流动和传热特性,包括速度场、湍动强度和温度场的分布;计算了FIT炉管的强化传热因子和压降。研究结果表明,FIT炉管内插件迫使流体流动由活塞流转变为旋转流,增强了流动湍流程度,符合流动-能量场协同理论,同时流体边界层由于FIT炉管的特殊结构而减薄。FIT炉管具有增强辐射传热、减薄边界层、增加比表面积和旋流增强等强化传热特性。相比于普通当量圆炉管,FIT强化传热炉管的整体传热能力提高了20%左右,证明该新型炉管强化传热效果显著,可以在工程实际中应用。     

管内片条插入物强化传热试验及其性能比较

介绍作者提出的几种纵向片条插入物的传热和压降试验 ,研究了内插件的强化传热机理 ,并与国外 Shaha等以及华南理工大学的其它片条插入物试验结果作了比较。     

闭式重力热管的强化传热研究进展

重力热管具有传热性能优良、工作可靠、结构简单、制造方便、成本低廉、热流密度可变性、二侧热阻可调性等优点,使其应用领域不断增加。但随着能源的高效利用和强化传热技术的进一步发展,在某些特殊场合,普通重力热管满足不了传热和冷却的需求。为了从根本上提高管内的沸腾和凝结换热系数,提高重力热管的传热能力,科学研究者提出了多种强化传热的途径。文中主要从改变热管自身表面结构强化传热、热管内插件强化传热、多相流强化传热3个方面,综述了近年来闭式重力热管强化传热的途径及强化传热的效果,并对今后重力热管的强化传热研究的方向进行了展望。     

管内置梯形波带强化传热实验研究

设计了3种梯形波带内插件并对其强化换热特性进行实验研究,得出管内插入梯形波带扰流组件的传热系数h提高率为126%～220%,并对扰流组件引起的管程阻力进行了分析。通过传热性能评价准则(PEC)对插入梯形波带后的换热管进行传热的综合评价,证明梯形波带内插件确实是一种良好的加强换热能力的组件,并对实验数据线性回归拟合出了传热关系型。     

利用旗形内插件强化气体传热

利用旗形元件强化管内空气强制对流传热,在实验条件下雷诺数的范围为2100～62000。实验结果表明,插入此种元件后可使下游相当于8～10倍管直径的距离内的传热系数较光管提高50～120％,而阻力仅上升10～40％,显然这是一种有效的强化传热的内插件。     

Ross LPD型静态混合器内湍流传热与混合强化特性

在湍流状态Re=2640~17600下,采用恒热通量传热实验与数值模拟相结合的方法,系统研究Reynolds数Re和交错角对Ross LPD型静态混合器内湍流流动与传热性能影响,采用Nusselt数、Darcy摩擦系数、综合传热系数、速度场与温度梯度和压力梯度协同角等参数评价混合器内传热强化性能;基于CFD与LPT相耦合分析混合器内流体微元拉伸率。研究结果表明：SST k-ω模型预测Ross型静态混合器湍流阻力及传热结果与实验结果具有很好一致性;Ross混合器流场内形成与流场尺度较为接近的纵向涡,其涡心在圆形截面与半圆形截面中心间周期性迁移,横截面内湍流分散混合效率是Kenics的3.36~1.72倍;当Re>7040时,Ross LPD综合传热性能明显优于KSM;当叶片夹角为30°时,综合传热性能系数具有最大值;Ross LPD内插件具有高效低阻的技术优势和结构改进潜力。     

Ross LPD型静态混合器内湍流传热与混合强化特性

在湍流状态Re=2640~17600下,采用恒热通量传热实验与数值模拟相结合的方法,系统研究Reynolds数Re和交错角对Ross LPD型静态混合器内湍流流动与传热性能影响,采用Nusselt数、Darcy摩擦系数、综合传热系数、速度场与温度梯度和压力梯度协同角等参数评价混合器内传热强化性能;基于CFD与LPT相耦合分析混合器内流体微元拉伸率。研究结果表明：SST k-ω模型预测Ross型静态混合器湍流阻力及传热结果与实验结果具有很好一致性;Ross混合器流场内形成与流场尺度较为接近的纵向涡,其涡心在圆形截面与半圆形截面中心间周期性迁移,横截面内湍流分散混合效率是Kenics的3.36~1.72倍;当Re>7040时,Ross LPD综合传热性能明显优于KSM;当叶片夹角为30°时,综合传热性能系数具有最大值;Ross LPD内插件具有高效低阻的技术优势和结构改进潜力。     

插入圆柱状丝网管对单相对流传热的强化

提出在传热管内插入圆柱状丝网管调控流场进而强化传热的方法。通过在管内同心插入圆柱状丝网管,将流通截面分成中心区和环隙区,流体流经丝网入口处时受到阻力较大,大部分流体流向环隙区,使得速度场受到调控。环隙区与中心区内冷热流体掺混,强化传热。为验证这一思想搭建强制对流换热实验台,以去离子水为工质,Reynolds数为2392～20175,热通量为50.18～282.88 kW·m^-2。通过对局部、平均Nusselt数及摩擦压降数据的研究,结果表明：同光管传热相比,插入丝网管后平均Nusselt数提高,传热强化系数为1.21～1.84,且最大强化系数发生在过渡流内。入口段强化效果明显,局部传热强化系数最高可达到2.64。而强化传热的同时摩擦压降增大6.1～10.6倍。同时对该结构的传热强化机理进行分析：流场受到丝网管的调控作用,进而强化传热。     

管壳式换热器强化传热研究进展

管壳式换热器作为工程中应用广泛的换热器,具有结构坚固、适应性强、能够利用和回收热能等优点。在追求高能源利用效率的背景下,换热器的强化传热得到广泛关注。本文重点阐述了管壳式换热器的强化传热相关研究进展,包括换热器本身几何结构的优化、换热流体的热物性改善以及多种强化传热技术结合的复合强化传热方法。其中几何结构优化主要包括改变换热管管型、增加管内插入物以及壳程中的隔板优化研究等。换热流体热物性改善包括纳米流体提高热导率、潜热型热流体提高比热容等。复合强化传热是将多种强化方法结合,可弥补单一方法的不足,以获得更高强化传热效果。最后指出管壳式换热器强化传热未来的研究方向在于持续开发强化传热管、制备稳定的纳米流体及潜热型流体以及多种强化方式复合提高强化效果。     

管壳式换热器管程强化传热研究进展

管程的强化传热是管壳式换热器强化传热的一个重要方面。简述了管壳式换热器管程强化的研究进展,着重介绍了几种强化传热管的研究情况。最后指出了国内外近期开发研究的发展方向。     

考虑管壳式换热器传热强化的换热网络综合研究进展

换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好的经济效果。本文首先通过文献检索数据说明了在换热网络改造和设计中考虑传热强化技术的研究在近5年得到了研究者的关注。然后概述了管壳式换热器传热强化的基本原理及主要方式,分析了传热强化技术的应用对换热器传热性能的影响,系统总结了管壳式换热器传热强化技术的分类和强化效果。进一步从设计和改造两个方面,对换热网络优化中考虑管壳式换热器传热强化的应用研究进行了综述,展示了传热强化对换热网络设计和改造的效果和优势。最后对下一步的研究进行了展望,指出可进一步探究换热器传热强化设备几何尺寸和换热网络同步优化、传热强化和换热器详细设计同步优化等。     

插入扰流元件换热管强化换热效果分析

设计了一种新型插入扰流元件管式换热器,并依据相关文献的模拟数据将其与波纹管、光管在不同流速下的管内壁面平均传热系数、换热量、平均Nusselt数以及摩擦阻力的变化特性进行了分析比较。结果表明:插入扰流元件换热管在强化换热能力的同时其压力损失也会很大,所以在实际应用过程中选取插入扰流元件换热管时一定要考虑其经济性;在泵功率消耗一定时,插入扰流元件换热管的热效率与波纹管的热效率很接近。但插入扰流元件换热管在制造工艺上具有加工方便、固定灵活等优点,比较适合对现有换热器的改造。所以,该种热管同样具有广泛的应用价值。     

管壳式换热器强化传热的数值模拟分析

阐述了换热器管程强化传热强化管和管内插入物2种结构及其性能特点,并用场协同原理和数值模拟方法分析了其强化传热机理。模拟分析的结果为:光滑管内,速度矢量与温度矢量二者之间的夹角接近90℃,传热效果较差;在管内插入物情况下:两者之间的夹角小于90℃,流场和温度场的协同性更好:从而实现了强化传热。     

LAMINAR FLOW HEAT TRANSFER WITH INLINE MIXERS INSERTS

Heat transfer coefficients were measured for heat transfer to a Newtonian fluid flowing in laminar flow through a tube with inline mixer inserts. Kenics “Static” mixer and Ross LPD mixer inserts were studied as heat transfer augmentation devices. The mixer inserts were in the inner tube of a concentric tube heat exchanger. Steam was condensed in the annulus of the exchanger. Significant heat transfer enhancement was obtained with both inserts at the expense of even greater pressure drop increases. The use of the Ross mixer insert gave greater augmentation than did the use of the kenics insert. An analysis using the analogy between momentum and heat transfer allowed the prediction of heat transfer coefficients from pressure drop measurements. The predicted coefficients were in good agreement with experimentally measured heat transfer coefficients for laminar flow.     

LAMINAR FLOW HEAT TRANSFER WITH INLINE MIXERS INSERTS

Heat transfer coefficients were measured for heat transfer to a Newtonian fluid flowing in laminar flow through a tube with inline mixer inserts. Kenics “Static” mixer and Ross LPD mixer inserts were studied as heat transfer augmentation devices. The mixer inserts were in the inner tube of a concentric tube heat exchanger. Steam was condensed in the annulus of the exchanger. Significant heat transfer enhancement was obtained with both inserts at the expense of even greater pressure drop increases. The use of the Ross mixer insert gave greater augmentation than did the use of the kenics insert. An analysis using the analogy between momentum and heat transfer allowed the prediction of heat transfer coefficients from pressure drop measurements. The predicted coefficients were in good agreement with experimentally measured heat transfer coefficients for laminar flow.     

管壳式换热器的研究进展

综述了近年来管壳式换热器的研究进展,从管程、壳程两方面介绍了传热强化技术和传热强化结构.管程传热强化方面主要介绍了一些新型强化管,壳程方面主要介绍了一些新型的支承结构,并指出了管壳式换热器的研究方向.     

层流传热中有效传热温差的改善及复合强化传热

从层流流体有效传热温差的新视角出发, 分析与探讨了换热器层流传热的强化理论。首先对层流流体有效传热温差的现象、细节及其变化规律进行了分析, 揭示了采用插入物强化层流传热的内在强化机理, 探讨了有效传热温差缓变特性的合理利用方法, 提出了改善层流有效传热温差的寻优途径; 其次, 分析研究了缩放管粗糙传热肋面与插入物相配合的协同传热强化机理, 揭示了粗糙肋面协助改善层流有效传热温差的作用与规律。     

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。