热管换热器传热性能及温度场数值模拟

Mathematic model for thermal performance of heat pipe heat exchanger based on the heat transfer model was presented. The infinite volume model was used to calculate the overall thermal performance and the temperature field of heat pipe heat exchanger. The calculation results essentially coincided with the results of an engineering case and provided the theoretical base for engineering application.     

管壳式换热器壳侧流动与传热的实验研究

对不同壳程结构的管壳式热交换器壳侧流动的流型、流阻及其传热特性进行了系统的实验研究。实验表明 ,直挡流板的壳侧流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热 ,螺旋板的壳侧流道的Nu比直挡流板高 4 9.4 % ,而具有螺旋板和多孔介质组合的壳侧流道的对流换热系数比直挡流板高 79.5%。同时得到了最佳螺旋角为 4 0°,多孔介质的最佳孔隙率为 0 .985。图 9参 6     

换热器总传热量偏差的数值模拟研究

应用理论分析和数值模拟的方法，研究了换热器因各股流道流速分布不均匀而造成的总传热量偏差。研究结果表明，在恒壁温的条件下，当各流道流体流速不均匀程度达到4倍时，换热器的总传热量偏差在3%以内，而进出口压降将增加约23%。     

考虑截面形状误差的超临界二氧化碳微通道换热特性研究

针对印刷电路板式换热器由于加工误差以及服役过程中变形导致的实际换热性能与理论存在偏差问题,利用超景深显微镜技术,测量获取了实际微通道的形状特点,对不同通道形状的微通道换热进行了数值模拟,分析了通道形状对热工性能的影响,综合考虑物性变化、通道形状变化的影响,根据数值模拟结果获得了新的传热特性关联式,可为评估实际服役的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器的换热性能提供理论基础。     

结构和工况参数对印刷电路板式换热器性能的影响

印刷电路板式换热器（PCHE）具有耐高温高压和结构紧凑的特点,因此常被用于超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环中。本文采用分段设计方法对PCHE建立了数学模型,与实验结果对比显示,热负荷、冷负荷、冷流体进口温度、热端换热面积、热端流量的误差分别为2.700%、0.330%、0.634%、0.683%、2.219%,证明了数值模型的正确性。对不同水力直径、壁厚及热端进口温度下的PCHE换热性能及阻力特性进行了对比分析,结果表明:水力直径与总传热系数和压降成反比,冷端压降大于热端;壁厚与总传热系数成反比,但压降对壁厚变化不敏感;热端进口温度越高,总传热系数和压降越小。研究结果可为PCHE的几何设计和热力学性能的研究提供一定参考。     

超临界压力下二氧化碳在套管换热器内传热特性数值模拟

在超临界二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程中,存在超临界压力下冷热2股二氧化碳间的流动传热过程,其传热特性是影响相应系统性能的关键。本文以套管换热器为原型,对超临界压力下的冷热二氧化碳间的传热特性开展了数值模拟研究,分析了热流体入口温度、冷热流体入口流量对于传热特性的影响和周向的传热特性分布。结果表明:随着热流体入口温度的变化,热侧和冷侧的局部换热系数产生相应的变化和波动,同时冷侧局部换热系数在主流温度接近拟临界温度时,会出现明显的传热强化现象;另外,热侧二氧化碳质量流量的上升,会使得热侧换热系数提高,冷侧换热系数峰值减小且向冷流体入口处移动,而随着冷侧质量流量的上升,冷侧换热系数峰值增大且向冷流体出口处移动。这是由于套管换热器为水平布置,传热特性在周向上产生了明显的不均匀现象,其与流体密度变化在重力作用下的局部湍流效应增强和削弱有关。本研究对新型二氧化碳布雷顿循环等热质循环输运过程的开发和设计具有指导意义。     

多向扰流换热管管内传热与流动特性数值模拟

采用Realizable k-espilon湍流模型对不同雷诺数下的多向扰流换热管进行数值模拟,首先在光滑管中进行数值模拟,并与经验公式进行对比,验证了该数值方法的可靠性;其次研究了该换热管的结构参数及雷诺数的变化对努塞尔数和阻力系数的影响,进而分析出同一雷诺数下槽深比、节距比的变化对湍流动能和出口温度分布的影响,最后归纳出努塞尔数和阻力系数随结构参数及雷诺数变化的准则关联式。结果表明:随着结构参数的变化,多向扰流换热管的传热与流动性能都会发生显著的变化;当节距比和雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能都随着槽深比的增大而增大;当槽深比、雷诺数不变时,努塞尔数、阻力系数、湍流动能随节距比的增大而减小。研究表明多向扰流传热特性优于光滑管,可以起到较好的强化传热作用,准则关联式可为强化换热提供理论指导。     

一种家电用小型蒸汽发生器的传热与流动特性模拟及实验研究

针对应用于各类家电中的小型蒸汽发生器的高功耗、易结垢问题,在传统使用腔体型结构上进行了改进,加大换热面积,增强换热系数,使热效率进一步提高,减小能耗。该设计可以规避一般管道型加热方式易产生的水垢阻塞流道导致换热器失效的问题。对改进型蒸汽发生器进行了热力计算及数值模拟,比较了上部进与下部进水两种方式的传热及流动特性。根据模拟结果选用具有更好的传热及流动性能的上部进水方式对增加泡沫金属铜前后的蒸汽发生器进行了实验测试,实验得到改进结构(增加金属泡沫)后蒸汽发生器的热效率可以高达98.92%,较改进前热效率约有5%的提升,改进效果明显。根据热力学原理分析,热效率的提升来自于漏热的减少和电热效率的提高。     

间接空冷塔内外流动和传热性能的数值模拟研究

利用流体计算软件FLUENT,对自然通风状态下,某电厂2×300MW机组两机一塔的间接空冷塔内外空气的流动和传热性能进行了数值模拟研究。将空冷塔划分为W区、T1区、Tr区和L区,在确定的考核工况基准下,模拟了不同环境气温、不同环境风速对空冷塔各区域通风量和间接空冷散热器散热量的影响。模拟结果显示,当风速高于6m／s时,空冷塔通风量和空冷散热器散热量随着气温的升高而增大,此时高温处于有利状况。同一气温下,随着环境风速的增加,空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量减小,W区通风量呈线性增加,T1区、Tr区和L区通风量减小。该结论为间接空冷系统空冷散热器的优化设计提供了参考。     

不同流道结构的印刷电路板烟气换热器性能对比研究

内燃机余热回收技术对节能减排具有重要意义,其中超临界二氧化碳（S-CO₂）动力循环系统因成本低、环境友好等优点,受到越来越多的关注。烟气换热器作为S-CO₂动力循环系统的关键部件,其换热性能直接影响循环整体效率。印刷电路板换热器具有换热效率高、结构紧凑的特点,但目前鲜有在内燃机余热回收上的应用。因此,本文开展印刷电路板烟气换热器的结构设计及优化工作。设计了3种S-CO₂侧流道结构的烟气换热器,并通过数值模拟,对比了不同流道结构对换热器内部流动及换热性能的影响。结果表明,镂空流道烟气换热器的单位质量换热量与Kv值远高于直角流道换热器和圆角流道换热器,说明镂空流道印刷电路板换热器可以更好地满足小型化、紧凑化的要求。     

类菱形肋片流道印刷电路板换热器热工水力特性研究

为研究类菱形肋片流道印刷电路板换热器热工水力特性,采用数值模拟方法,以冷侧超临界二氧化碳(S-CO₂)和热侧气态CO₂为工质,分析了冷侧进口温度313.15～353.15 K,热侧进口温度553.15～593.15 K,冷热侧热工水力特性的变化,比较了NACA0030翼型肋片流道和类菱形肋片流道的综合性能。结果表明：S-CO₂入口温度增大40.0 K,总换热量减小23.91%,冷、热侧压降分别增大29.95%、11.14%;气态CO₂温度增大40.0 K,总换热量增大16.40%,冷、热侧压降分别增大9.42%、7.43%,S-CO₂入口温度变化对热工水力特性的影响更明显;类菱形肋片流道印刷电路板换热器有着更小的流动阻力和较好的综合性能。该研究结果对间断型印刷电路板换热器设计有一定的参考意义。     

人字形板式换热器传热和阻力性能的测试

实验测试了特定人字形型号板式换热器的传热性能及阻力特性.工况的稳定是靠改变泵功和阀门的开度来调节,使热流体进口温度固定在80℃.通过改变热流体流量改变工况,用热平衡法和换热热阻分别计算了总传热系数,两种结果相对误差在一定范围内.利用Excel软件处理实验数据,获得热侧传热系数与流速的关系,热侧摩擦系数与雷诺数的关系,并拟合出它们之间的实验关联式.     

异形凹槽螺旋槽管传热及流动阻力的实验研究

在螺旋槽管的基础上开发出一种新型强化管一异形凹槽螺旋槽管，对5根不同结构参数的异形凹槽螺旋槽管的换热特性和流体动力学特性进行了试验研究，实验时Re在8000-30000间，所有实验数据均在管外冷凝条件下获得的，对大量实验数据用多元线性回归法得到了具有较高精度的异形凹槽螺旋槽管的传热系数及摩擦系数的统计关联式，分析了影响异形凹槽螺旋槽管传热与流阻性能的主要因素，为换热器的设计及改造提供了理论依据。     

矩形通道中斜截半椭圆柱面传热和流阻数值模拟

在雷诺数Re=7000～26800 范围内,对布置单排1对斜截半椭圆柱面的矩形通道内空气传热和流动特性进行三维数值模拟,用无量纲数R分析斜截半椭圆柱面斜截角α、攻角β、高度h、距入口间距S、前缘间距s、布置方式对其在通道内强化传热和流阻综合性能的影响.结果表明,在计算条件下,α=20°、β=15°、h=5 mm、S=100 mm、s=30 mm、渐扩式布置(前缘低后缘高、凹面相对)的斜截半椭圆柱面在通道内的强化传热和流阻综合性能最好.斜截半椭圆柱面在通道内产生的端部涡系对其强化通道内传热和流体流动结构的改变发挥了重要作用.     

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究与进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对纵向流、螺旋流及射流换热器中各种强化传热技术的结构特点、强化传热机理、适用场合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。     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

液氢工况下耦合正仲氢转化的绕管式换热器流动与换热特性研究撤回

在大型氢液化工艺中,正仲氢转化与降温液化是关键的核心技术,将两部分耦合在一起能够有效降低能耗。本文以绕管换热器中正仲氢转化催化剂填充段为研究对象,通过液相压降测试试验,修正多孔介质压降计算经典公式Ergun方程中的常数,提出了具有普适性的应用于填充催化剂的绕管式换热器管侧液相压降关联式。完成的填充催化剂的绕管式换热器压降特性试验及正仲氢转化与流动换热一体化数值模拟,弥补耦合正仲氢转化的绕管式换热器管侧流动与换热理论研究的空白,为高效、低能耗的新型氢气液化工艺优化提供理论依据。     

非对称翅片管式换热器管外对流传热强化实验研究

提出一种新型非对称翅片管式换热器,通过不同工况的实验,研究其传热过程和传热效果,并通过计算传热系数比较其与环状翅片管管束和光管管束的传热性能。结果表明：非对称翅片管对流体的扰动强于环状翅片管和光管;相同参数条件下,非对称翅片管换热器的换热效果优于环状翅片管和光管式换热器;采取相同面积的换热面,非对称翅片管换热器比环状翅片管换热器更加紧凑。     

换热器翅片传热及阻力特性的数值分析

本文对空调器中常用的百叶窗翅片的阻力和换热特性进行了三维数值模拟,仿真结果与实验测试的数据基本吻合。同时对另一种桥片翅片的性能进行了仿真预测,与窗片对比,桥片的阻力更小但是其换热性能不如窗片。     

回转式空气预热器蓄热元件流动传热数值模拟

为研究回转式空气预热器蓄热元件流动与传热特性,采用Fluent软件对3种搪瓷蓄热元件进行数值模拟,获得蓄热通道速度、温度、压力云图及不同雷诺数下努塞特数和阻力系数的变化图像。模拟结果表明:3种板型蓄热元件阻力系数随雷诺数的增加而减小,努塞特数随雷诺数的增加而增加;增加斜波纹的蓄热元件传热性能提高,流动阻力增大,波纹参数是影响蓄热元件流动阻力的重要因素,壁面温度对其影响较小。该结果可为回转式空气预热器蓄热元件的优化设计提供参考依据。