螺旋套管式换热器螺纹扰流及耦合传热数值模拟

考虑壳程流体和管程流体的耦合传热,对套管式换热器管程流体的流动特性和换热特性进行数值分析。对比不同模型的管程流体的Nu和f,发现了螺纹管传热的优越性,结合管程流体速度场、温度场的细观信息,揭示了管程流体的换热性能和流动特性,并分析了不同流体介质对其管程换热效果的影响。结果表明：内管采用螺纹管时,螺旋套管式换热器管程流体的换热性能明显优于光滑内管,在研究范围内,内管采用螺纹管的Nu是采用光管的1.76～1.9倍,流体受离心力、螺纹扰流和螺旋槽导流的复合作用,强化了管程流体的传热。在同一雷诺数下,30号透平油的Nu最大,约为空气的3.8～5.01倍,然后依次是水、水蒸气、空气。     

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明：支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58 MPa,与实际测量参数相符。     

基于流固耦合的蒸汽发生器换热管结构应力分析

以核电站蒸汽发生器为研究对象,采用两流体模型描述二次侧汽液两相流动及沸腾换热,利用CFX对一、二次侧流体与换热管及支撑板的耦合流动换热进行三维数值模拟,在此基础上提取一、二次侧流体压力载荷,在Workbench平台中实现载荷向结构模型的传递,计算换热管结构应力。流固耦合计算结果表明:支撑板位置处二次侧流体流速迅速增大又快速减小,并且流体湍流耗散急剧增大造成二次侧流体压力损失增大;换热管压力应力取决于一、二次侧流体压差,整体平均压力应力约为58MPa,与实际测量参数相符。     

板泡式换热器对流与导热耦合换热的数值模拟

由于在结构和强化传热方面的优越性,开孔泡沫金属在换热器行业中具有很大的应用潜力。为了探究板泡式换热器的强化传热机理,建立了泡沫金属微尺度几何模型,采用商业软件Fluent 12.1对板泡式换热器内流体流动进行了数值模拟,通过计算其速度、温度和压力分布,分析了换热器内对流与导热的耦合换热情况。研究结果表明:泡沫金属复杂的三维立体结构强化了流体的扰动,增强了二次流,起到了强化传热的作用;泡沫金属与流体分界面分别采用恒壁温和耦合换热2种边界条件时,其温度分布呈现不同特点,耦合换热边界条件更能真实反映实际温度分布情况;去除进口效应的影响,中间段流体的压力梯度随单胞模型呈周期性变化。这为板泡式换热器的设计提供了一定的依据和指导。     

螺旋套管换热器壳程流体湍流换热热力性能数值研究

利用计算流体力学软件对内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的湍流流动和换热性能进行了数值模拟。通过与内管为光管的研究结果对比,揭示了内管为螺纹管时壳程流体的速度场和温度场分布,研究了雷诺数、槽高对壳程流体湍流流动及换热性能的影响,并利用场协同原理初步揭示了螺纹复合螺旋流动强化流体换热的机理。结果表明,螺纹内管的螺纹凸起对螺旋套管换热器壳程流体的扰流和导流作用明显,在研究范围内(Re=10000～24000),内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的传热效率较内管为光管的模型最大提高了22.1%;结构参数相同时,随着Re增大,螺旋套管换热器壳程流体的Nu逐渐增大,阻力系数f逐渐减小,综合评价因子Ψ逐渐减小,在研究范围内,Nu最大增加了85.6,f最大减少了0.008,Ψ从1.35减小至1.18。当Re一定时,当量高度h’增大,f逐渐增大,Nu先增大后减小。由场协同原理分析得出,h’=0.220时,在螺纹凸起扰流和导流的作用下壳程流体的温度场与速度场协同性能较好,综合评价因子Ψ最大,螺纹的优化当量高度h’宜取约0.220。     

高温换热器多场耦合数值模拟研究

建立了高温换热器流动和传热的数值模型,对5种不同工况条件下的换热器进行了数值模拟,得到换热器的流动和传热特性;在ANSYS软件中建立换热器管束三维有限元模型,通过ANSYS CFX-POST准确的将前面FLUENT计算得到的温度场、压力场映射到ANSYS结构模型中,对换热器进行多场耦合分析;通过热-结构应力分析,得到换热器管束的等效应力和位移分布状况,并确定了最大应力发生的位置和具体数值,对换热器进行强度评价。     

固定管板式换热器耦合场有限元分析

对一固定管板式换热器采用APDL语言三维整体建模,通过ANSYS有限元法模拟稳态温度场与热应力场,并结合压力载荷分析了在耦合场作用下管板和管板周边结构的应力分布以及换热管拉脱力的大小,最后进行了强度校核,得到几种路径上的应力变化规律。     

基于多相耦合的埋地管道外爆动力响应影响研究

建立了管道、内部流体与土体的多相耦合数值计算模型,对埋地管道外爆载荷和管道响应进行了计算,得到了管道内有无流体对爆炸冲击波和管道响应的影响情况。计算结果表明:管道外土体的爆炸压力小于管道内无流体时管道外土体的爆炸压力。充液管道径向变形峰值比空管径向变形峰值降低10%左右;充液管应力峰值比空管应力峰值降低4%左右;说明管内存在流体使得管道的抗变形能力增强。     

基于热流固耦合的换热器温差应力分析

建立了某固定管板式换热器的热流固耦合仿真分析模型.首先以CFD方法计算得到换热器流体和固体温度场,然后将其作为热载荷对换热器结构进行热应力计算,着重分析管板与管子及壳体连接处的热应力分布.     

基于Ansys Workbench的换热管断裂行为模拟分析

某石化企业焦油蒸馏装置的配套换热器在运行了3年之后,换热器内多根换热管发生了泄露和断裂。为了查明换热器换热管的失效原因,利用Ansys Workbench 13.0软件建立了流固耦合模型,通过流固耦合模拟获得了换热管束的真实应力状态。结果表明:热酚油进口附近的换热管承受了比较高的拉应力;同时研究了换热管内外流体对换热管的腐蚀作用,确定了冷却水中的氯离子和热焦油中的硫元素是造成换热管腐蚀的主要杂质。最终,根据换热管断口形态,确定了应力腐蚀开裂(SCC)是导致换热管失效的主要原因。     

螺旋片强化的套管式换热器壳侧传热特性

为揭示螺旋片强化套管式换热器壳侧传热的机理,以指导此类换热器的进一步强化,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧的传热和阻力特性进行了实验研究,并与光滑内管换热器进行了比较;利用可实现的k-ε湍流模型,对螺旋片强化的套管式换热器壳侧流体的流动和传热特性进行了数值模拟,研究了正交螺旋坐标系下壳侧螺旋通道中的流场结构.实验结果表明...     

高低双螺旋片强化套管换热器壳侧换热

采用实验和数值模拟相结合的方法,研究了高低双螺旋片对套管换热器壳侧的强化换热效果.以仅带有高螺旋片的换热器结构为基础,研究了曲率ε分别为0.44、0.321和0.131时,Reynolds数在4000~20000范围内,低、高螺旋片高度之比l/W对壳侧换热平均Nusselt数Nu_m和流动阻力系数f的影响,考察了等泵功条件下换热器的综合传热性能.对ε=0.44的换热器研究结果表明:当l/W>1/2时双螺旋片强化传热效果显著,且研究工况中l/W=3/4时最优,此时与单一高螺旋片相比,Nu_m值平均提高了10.8%;研究范围内,综合强化传热因子PEC数在1.044~1.204.对不同曲率换热器的研究结果表明,同一l/W值下,PEC数随着曲率ε值的增大而增大,说明双螺旋片结构更适合强化曲率较大的套管换热器壳侧换热.     

Numerical analysis of the lethality and processing uniformity in a double-pipe helical heat exchanger

A numerical study of a double-pipe helical heat exchanger was performed to ascertain the residence time, temperature, and processing uniformity for food processing applications. A range of laminar flow rates were used, with both parallel flow and counterflow configurations. Both heating and cooling in the inner tube were studied. Heating/cooling uniformity was estimated by using a first-order kinetics model for sterilization. Process uniformity is important in the quest for high quality product and this report is a first study for the uniformity in double-pipe helical heat exchangers.     

声学防垢技术的发展和应用

简要介绍了声学防垢技术的发展,详述了声学防垢技术的工作原理、技术特点,以及在多个工业领域的应用,包括在各种类型的换热设备如蒸汽锅炉、热水锅炉、列管式换热器、板式换热器、套管式换热器、管线等的使用。     

热力学超临界流体换热计算与分析

超临界流体技术是新兴的化工技术之一 ,换热是其工程应用研究的重要方向。该文以水作为超临界流体的代表 ,以逆流操作的套管式换热器为对象建立简化的物理模型 ,再通过微元热量平衡分析 ,建立数学模型 ,并用数值方法求解。文中研究了 2 5MPa、 30MPa和 35MPa ,及 2 5— 6 0 0℃范围内冷热流体的温度、总传热系数和热流密度沿管长的变化 ,结果显示了在近临界区由于物性变化剧烈 ,使占整个管长的 1/ 3— 1/ 2的区段换热效率变低的独特规律。压力升高有利于换热的进行 ,并讨论了管径的影响。     

Hydrodynamic and heat transfer studies on fluted tubes with drainage discs

A vertical double-pipe heat exchanger with steam condensing on the outside was used for heat transfer studies. The discs, equally located over the outer surface of the tubes. Experiments were performed both on smooth and on fluted tubes having different geometries with discs of variable separations. Film coefficients were determined both theoretically and experimentally. Optimum separations for different flute geometries were determined.     

硬脂酸/十八醇/乙酸钠复合相变材料蓄/放热性能

首次将无机相变材料乙酸钠和混合有机相变材料（硬脂酸和十八醇）复合，获得三元复合相变材料。有机和无机相变材料复合可有效解决无机相变材料在相变过程中存在相分离、过冷度大和有机相变材料热导率低的缺点。利用同心套管蓄/放热实验台测试了乙酸钠/硬脂酸/十八醇三元复合相变材料的蓄/放热性能，分析了流体流量及温度对相变材料蓄/放热过程的影响，并结合Fluent数值模拟和实验结果分析了相变过程中相界面的移动规律。研究结果表明，三元复合相变材料在蓄热过程中自然对流起主导作用，放热过程中导热起主导作用，蓄热所需时间小于放热所需时间。蓄热过程中，相变材料的上部相界面横向移动明显快于下部；放热过程中，相变材料的上、下部相界面均匀地径向移动。     

隔板高度对螺旋隔板套管换热器的影响

采用计算流体力学方法对螺旋隔板套管式换热器壳侧的传热和阻力特性进行模拟,建立了螺旋升角为40o、螺旋隔板高度分别为b, 3b/4, b/2, b/4和b/8 (b为螺距)的换热器模型,分析了螺旋隔板高度对壳程流体传热的影响. 结果表明,相同壳程工质体积流量下,换热器的壳程总换热量、换热系数和阻力系数随隔板高度增加而增加,单位长度压降随隔板高度增加而减小. 隔板高度为b, 3b/4和b/2时比隔板高度为b/8时的换热系数分别提高7.83, 3.68和3倍,壳程进出口压降分别减少98%, 97%和95%,但阻力系数却分别提高34, 15.3和5.3倍. 为提高螺旋隔板强化单管换热器的壳侧综合换热性能,其隔板高度应为1/2b~3/4b.