汽车空调暖风系统平行流换热器换热性能研究

平行流换热器以其结构紧凑、换热效率高的特点已广泛应用于汽车空调中.简要介绍了汽车空调暖风系统平行流换热器结构,采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对平行流换热器的换热性能进行了分析,比较了空气侧风速和水流量对其换热量和流动阻力的影响.模拟结果表明:在增加相同百分比的情况下,增加空气侧风速比增加水流量对换热器换热量的影响大16%左右,但增加空气侧风速和水流量对换热器换热能力的影响均有限;随着风速的提高,换热量增加率逐渐减小,而空气侧阻力增加率越来越大;随着水流量增加,水侧压降增大非常明显;但两者增加对空气侧出口温度影响均不明显.     

汽车空调性能试验台总成——主机及风洞系统的研制与试验分析

针对微通道换热器用作汽车空调冷凝器的特点,研制了一套冷凝器单体性能测试试验台,即主机及风洞试验台.该试验台主测风洞系统的换热量采用空气焓差法测试,辅测主机系统的换热量采用制冷剂流量计法测试,并选取两款微通道冷凝器对其进行冷凝换热试验,以验证该试验台的稳定性和准确性.结果表明,该试验台空气侧和制冷剂侧所测得的换热量偏差均在5%以内,满足冷凝器测控要求.根据实验数据得到了冷凝器迎面风速对换热量、空气压降和制冷剂压降的影响规律,为微通道换热器的优化设计及企业的相关研究提供参考.     

相关参数对增强型冷却塔换热性能影响的研究

以增强型冷却塔为研究对象,通过数值模拟的方法,对其在不同环境温度、湿度及不同换热器布置下的换热性能进行计算与分析,得到不同条件下空气流量和换热量的分布。研究表明:系统换热量随空气湿度增加小幅度增加,而随温度的增加却有较大幅度的下降;在换热面积一定且换热器均匀分组条件下,如换热器间隙有填塞物,换热量随着覆盖率的增加而减小;若换热器间隙无填塞物,换热量随着覆盖率的增加而增加至覆盖率为93%达到最大值,随后减小。最优换热器布置为:覆盖率93%,换热器分组均匀且尽量细分,间隙内无填塞物。     

CO_2微通道气冷器翅片结构对换热性能影响的模拟研究

本文选择适用于微通道换热器的CO_2换热关联式,创建CO_2微通道气冷器的二维模型。采用有限体积法将微通道分成多个微元段,利用Matlab结合Refprop软件计算每个微元段中的流动和换热。用实验结果验证了建立的仿真程序的合理性,模拟翅片结构对换热器性能的影响,依据信噪比的田口方法计算了翅片结构对换热器性能的贡献率,提出了适用于本模型的最佳翅片结构。得出:CO_2微通道换热量和压降随着空气侧的翅片间距和翅片高度的增大而减小,随着翅片宽度的增大而增大,翅片厚度的影响较小;翅片结构对微通道气冷器的性能影响的贡献率分别为:翅片高度42.45%,翅片间距25.73%,翅片宽度24.32%,翅片厚度为7.50%;最佳翅片结构为:翅片高度8 mm,翅片间距1.15mm,翅片宽度17.28 mm,翅片厚度0.08 mm。     

环境风影响下换流变压器空冷系统换热性能研究

针对北方地区某高压直流输电换流站,建立了换流变压器空冷系统以及周围建筑物的计算流体动力学仿真模型,研究了不同环境风向和风速影响下空冷系统换热性能的变化规律。研究结果表明：由于周围建筑物的影响,空冷系统的换热性能在不同的环境风向下均有所衰减。当风向为W、风速为6m/s时,环境风流动方向与风机进气方向相反,极1和极2换流变空冷系统的换热能力衰减最为严重,分别下降了38%与40%。在高风速占比最多的NW28°风向下,环境风速逐渐升高时换热器上方的涡旋随着风向移动,迎风侧换热器出口高温气流回流至其他换热器入口;处于迎风侧的变压器2F换热器换热量最低,沿着环境风的运动方向不同位置换热器换热量呈现先升高后降低的趋势。研究结果为深入理解环境风影响下空冷系统换热性能的变化规律提供了理论依据,也为设计适应真实场景的变压器空冷系统提供了技术支撑。     

增压富氧燃煤锅炉省煤器的设计与优化

以300MW机组煤粉炉省煤器为例,对锅炉常压空气燃烧、常压富氧燃烧和5种不同增压(6MPa)富氧燃烧方案下的锅炉对流受热面尺寸、烟气流量、烟气侧传热系数和压降等参数进行了计算和分析,根据基于经济性分析的单位换热量换热器总费用最小的原则确定省煤器的最佳设计结构.结果表明:与常压空气燃烧相比,常压富氧燃烧下烟气体积流量减小了28.5%,对流传热系数减小了11.5%;增压富氧燃烧下的烟气体积流量减小了98.82%,随着烟气流速的增大,受热面面积减小,烟气侧传热系数和压降增大;最佳方案中的烟气流速为1.54m/s时,单位换热量换热器总费用约为常压空气燃烧下的60%,烟气侧压降为582.65Pa,烟道截面积仅为常压空气燃烧下的7.8%.     

侧向风对自然通风直接空冷塔性能影响的数值分析

采用多孔介质简化模型分析了在不同风速情况下300 MW自然通风直接空冷系统空冷塔内的流场和各凝汽器换热量.结果表明:在没有侧向风时,流场是均匀对称的,此时塔内空气流量最大,而各凝汽器换热量均匀;当有侧向风时,由于空冷塔底部气流存在漩涡,使空冷塔内空气回流,空气流量减小;在风速大于4 m/s时,各凝汽器换热量差异较大,随着风速增加,这种现象加剧.     

汽机平台高位布置对空冷岛性能数值模拟

汽轮机平台高位布置可有效降低蒸汽初温提高带来高温管道投资费用。对于直接空冷机组,其空冷岛性能与汽机房布置、环境因素等紧密相关。因此,以某2×600MW直接空冷机组为例,采用CFD软件分析汽轮机平台高度对空冷岛性能的影响。结果显示:有利风向下汽机平台高度变化对平台总换热量影响很小,不利风向下汽机平台高度变高使平台总换热量下降。并研究分析了汽机平台高位布置时,不同风向和不同风速下空冷岛性能变化。结果与常规布置性能变化曲线进行对比。炉后来风换热量相对于有利风向降低26%;风速增大时,汽机平台高位布置流量和换热量均随风速增大而降低。本研究为汽轮机平台高位布置的空冷凝汽器布置提供理论依据。     

低气压环境下开缝翅片管换热器换热性能研究

利用低气压环境模拟装置对开缝翅片管换热器在不同气压下的换热性能进行实验研究.研究结果表明:随着气压不断降低,换热器周围空气密度逐渐降低,换热器空气侧换热系数以及显热换热量逐渐降低,而空气含湿量随着气压降低逐渐升高,导致潜热换热量逐渐增加;当气压降至0.058 MPa以下时,换热器空气侧潜热换热量占主要部分,当气压为0.04 MPa时,换热器换热能力与常压下相比下降了36.63%.     

翅片管换热器积灰对空气侧传热和压降影响的实验研究

文章选取室外实际运行的翅片管换热器,在采样分析其表面沉积粉尘粒度的基础上,搭建换热器积灰实验台,以平直翅片管换热器为测试样件,研究积灰对换热器空气侧传热和压降的影响。结果表明,换热器表面不同位置沉积粉尘的粒径分布规律相近,沉积粉尘的粒径集中分布在1～100μm;换热器空气侧积灰对压降的影响大于对换热的影响;高风速能够减小积灰对换热器空气侧传热和压降的影响,当风速从1.5 m/s增大到3.0m/s,空气侧污垢热阻减小54%,压降增幅减小18.3%;换热器稳定后的空气侧污垢热阻及压降增幅,在低风速时随粉尘粒径的增大而减小,高风速时随粉尘粒径的增大而增大。     

土壤空气换热器换热特性的模拟研究

文章针对日光温室环境下土壤空气换热器的换热特性进行了研究。首先通过监测土壤空气换热器沿程空气温度的全天变化,分析了试验工况下土壤空气换热器的动态换热过程及系统性能变化规律。研究结果表明,在试验工况下,土壤空气换热器系统的性能系数(COP)可高达24.1。在此基础上,通过建立土壤空气换热器的非稳态换热模型,模拟研究不同的入口风速对土壤空气换热器换热性能的影响。研究结果表明,当换热管入口空气温度相同时,随着入口风速的增加,土壤空气换热器进出口空气温度差逐渐减小,出口处空气温度与土壤温度差值逐渐增大,这意味着土壤空气换热器有效换热长度逐渐变长。在此过程中,土壤空气换热器系统的换热量和COP随着入口空气风速的增加呈现出先增后减的规律。通过模拟结果可知,当入口风速达到5.5 m/s时,土壤空气换热器系统的换热量与COP均达到最大值。     

双层布置间冷散热器数值试验研究

利用ANSYS Fluent软件，在自然通风状态下，对我国首创并实施的双层布置间冷散热器的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究。环境风速不大于4.5m/s时，下层各冷却柱的通风量和换热量均高于相应上层冷却柱。当环境风速为10m/s～20m/s时，间冷塔迎风面，下层冷却柱的通风量和换热量均低于上层；在间冷塔两侧及下风侧，下层冷却柱的通风量和换热量则高于上层。随着环境风速的增大，上层冷却柱将首先出现热空气流出间冷塔和“穿堂风”的现象。不同环境风速下，下层冷却柱的总通风量和总换热量均高于上层，二者总通风量相差1.29%～10.18%,总换热量相差1.11%～9.23%。     

多流程板壳式换热器流量分布特性的模拟与优化

以多流程板壳式换热器为研究对象,建立了板程与壳程的物理模型并进行数值模拟,分析了流速、流道数对流量分布特性的影响及流量分布特性对传热效率、压降的影响。通过增大导孔直径和改变入口角度对板程进行了优化,通过设置双入口和增加挡板对壳程进行了优化。研究表明:多流程板壳式换热器的板程与壳程均存在严重的流量分布不均匀现象,且板程要比壳程更为严重,不均匀性会随流速和流道数的增大而增大,并导致板程传热效率下降6%～14%、壳程下降2%～5%,且均造成压降的增大;增大导孔直径和改变入口角度均有利于板程流量的均匀分布,但效果有限,双入口模式可以很好地改善壳程流量分布的不均匀性,而添加挡板虽使不均匀性降低,但是造成了压降的增大。     

湿工况下低气压对翅片管换热器换热特性的影响

在高空低气压环境下模拟舱内对开缝翅片管换热器在湿工况下的换热特性进行了实验研究,分析了不同环境压力对空气侧换热特性的影响,包括显热换热、潜热换热和努赛尔数的变化规律。实验结果表明,当干球温度和相对湿度不变时,湿工况下空气侧显热换热量、潜热换热量和空气侧传热系数均随着环境压力的降低而减小;而单位质量潜热换热量几乎不变,潜热换热所占比例略微增大。同一个环境压力下,入口空气的相对湿度对换热器的显热换热量影响不大,而对潜热换热量影响显著。当相对湿度分别为40%、60%和80%时,显热换热量差异小于5%;而潜热换热量当相对湿度为80%时,是相对湿度为40%时的5.9~6.8倍。     

多管程微通道冷凝器热力性能计算方法

多管程平行流微通道冷凝器的管程设计方案对换热器管内热力性能影响较大。但目前一直尚未有对其管内换热系数和压降进行理论预测的较为简单可行方法。本文针对各管程工质流量可变,平均干度可变的多管程平行流冷凝器管内热力参数提出一种分程计算方法：在假设管壁温度不变及同管程内流量均匀分配的前提下,采用了Koyama与Wang冷凝换热模型,以及Zhang和Koyama提出的摩擦压降模型,建立了壁温与热流量之间的关系式,通过迭代求得管内平均换热系数和压降的理论值。以一个商用R134a、流程分配为12-8-8-6微通道冷凝器作为示例,用理论和实验方法分别得到了其管内冷凝平均换热系数和压降。结果表明,二者的偏差均落在30%以内。其中Koyama和Zhang 提出的模型预测偏差较小,分别为-4.96%~11.31%,0.42%~25.14%。     

波纹管对管壳式换热器内流体传热及流动特性的影响

为解决传统管壳式换热器换热效率低的问题,采用数值模拟的方法对波纹管换热器进行了数值模拟分析。研究表明:管壳式换热器壳程进口流量超过2 257 kg/h时,采用增加壳程进口流量来强化换热器内换热的方式整体经济性较差;与直壁管换热器相比,波纹管换热器的对流换热系数提高45.2%～51.1%,壳侧压降反而降低了2.6%～13.1%。同时发现,整个研究范围内性能评价指标EEC1; EEC受进口流量影响较大,其最优值出现在1 250～1 500 kg/h范围内。本研究结果为波纹管换热器在工业中的应用提供重要参考价值。     

垂直地埋管换热器的换热性能

为研究土壤源热泵垂直地埋管换热器的换热特性,对长沙地区一套土壤源热泵系统进行了夏季及冬季工况连续运行的实验,实时采集U型管进出口的水温、流量以及地温等数据。通过对所采集的实验数据进行处理分析,对比了不同工况、不同埋管形式、不同埋深条件下的地埋管换热器进出口温差及单位井深换热量,结果表明,无论是夏季工况还是冬季工况,双U型管的单位井深换热量比单U型管高25%～30%。     

尾气发电用热交换器的传热流动研究

汽车尾气压力约0.3~0.5 MPa,温度约500~700℃,有大量热能可资利用。回收尾气热量的换热器效率低,使得目前汽车尾气热电发电的容量和综合效率(发电功率与尾气热量之比)低,制约了热电发电技术的产业化应用。对于尾气换热器的内部结构,以Inclined plate为比较基准,在Serial A基础上改变挡板并在璧面上增加翅片得到Serial B,而在Serial B基础上增加翅片与侧面壁面之间的间隙获得Serial C。采用CFD工具建立了热交换器的四种结构模型,在相同的边界条件下模拟了流体的温度场、流场。结果表明郊区工况下,Inclined plate和Serial A结构换热量和压降均比较低,Serial B和Serial C结构则分别达到了2 495 W和2 415 W。同时,二者的压力损失分别为70 416 Pa和59 138 Pa,即Serial B比Serial C的压力损失增大了19%,而换热量仅仅增加了3.3%。     

换热管内旋向自交叉转子强化传热性能研究

利用综合传热性能实验台,研究对比旋向自交叉转子、同向转子的换热器和光管的传热性能。结果发现:通过Webb性能比较方法,在同样面积和同等泵功率情况下,同向转子比光管换热器的换热量最大可提高为6.99%,而旋向自交叉转子比光管的换热量最大可提高8.11%,并计算推导了旋向自交叉转子与同向转子、光管之间的准则关联式;同时研究了换热量与转子外径的关系,结果发现换热量随转子外径变大而增多。     

微通道内R152a的流动冷凝换热特性的实验研究

在饱和温度为30～50℃,质量流量为200～600 kg/(m~2·s),干度为0～1.0的工况范围内,对制冷剂R152a在微通道内的流动冷凝换热特性进行了实验研究,主要分析了冷凝温度、管型尺寸、质量流量、干度等参数对微通道内换热系数、压降的影响。实验结果显示:换热系数及压降均随着制冷剂干度、质量流量的增加而增大,随着冷凝温度的增大而减小;管型尺寸对压降的影响不大,但对换热系数具有较大影响。