不同边界条件下管翅式换热器流动与传热性能的POD分析

传统的数值模拟计算时间长，很难满足现代工业发展需求。采用适体坐标与本征正交分解（POD）相结合的方法在等壁温和等热流两种边界条件下对扁管管翅式换热器进行降维计算，并将计算结果与有限容积法（FVM）计算结果进行了对比。结果表明：POD方法在等壁温和等热流边界条件下均能获得物理过程的准确信息，并将传统FVM数值计算速度提高了3093倍。采用POD方法重构温度场时，在等壁温和等热流条件下相对偏差平均值的最大值分别为0.557%和0.308%。重构速度场时，在等壁温和等热流条件下相对偏差平均值的最大值分别为1.26%和1.9%，这一结论可为换热器的数值设计中合理设置边界条件提供理论依据。     

基于POD降阶模型的正弦波翅片扁管管翅式换热器流动与传热特性分析

为了提高正弦波翅片扁管管翅式换热器的数值设计效率,以FVM (finite volume method,有限体积法)的计算结果作为样本数据构建POD降阶模型,研究换热器空气侧的流动与传热特性。结果表明：单参数和双参数变化时POD降阶模型重构的温度场与FVM计算结果的偏差集中表现在正弦波翅片表面区域,且沿主流方向呈减小趋势,2种方法所得速度分布的差异主要集中在主流区域。随着变量参数个数的增多,POD降阶模型的计算精度及计算效率均有所降低。POD降阶模型重构的物理场与FVM结果间的平均相对偏差最大值为2.921%,平均计算速度比传统FVM计算速度最大提高了11752倍。     

扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及ΔSe与ΔNu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。     

扁管换热器内纵向涡强度与换热强度对应关系

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及?Se与?Nu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。     

一种双扭转流换热器壳程传热性能与机理分析

双扭转流换热器是一种新型管壳式换热器,分别建立扭转流换热器和新型双扭转流换热器的周期全截面计算模型,利用计算流体力学（CFD）方法对壳体侧的传热系数、流动阻力和综合性能进行了数值研究。结果表明：在壳程同等质量流量下,双扭转流换热器传热系数与类梯形折流板换热器相比降低24.4%~27.9%,压降降低63.3%~71.0%,综合性能增加1.2%~4.1%。通过场协同原理对其传热和降阻机理进行了分析,表明双扭转流换热器速度与压力梯度协同较好,扭转流换热器速度与温度梯度协同性较好。对扭转流换热器进行冷模实验,采用激光多普勒测速仪（LDV）对线上速度进行测量,验证了仿真方法和结果的正确性和准确性。研究模型与结论可为换热器的结构开发与性能研究提供参考。     

FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场

基于各向异性多孔介质与分布阻力模型、修正k-ε模型和壁面函数法,对普通管壳式换热器壳程流体的流动与传热,利用FLUENT软件进行了三维数值模拟。计算了不同流体初速下,管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,计算结果与实际情况相符,得到了有参考价值的结论。     

扭曲椭圆管换热器的数值模拟及场协同分析

为了分析换热管几何参数对扭曲椭圆管换热器管程和壳程的传热与压降性能以及场协同关系的影响,今运用Fluent 6.3.26对不同几何参数的扭曲椭圆管换热器的管内和管外对流传热进行了数值模拟,并编写UDF程序计算温度场与速度场的夹角,即场协同角。结果表明:Realizable k-ε模型相对更好地模拟出扭曲椭圆管换热器管内和管外的流场和温度场,努赛尔数Nu以及摩擦系数f与实验结果的差别都在5%以内。在扭曲椭圆管换热器的管程和壳程,Nu和f都随着扭曲椭圆管长短轴比的增大而增大,随着扭矩的减小而增大。基于场协同理论分析,协同角随Re的变化不大,但不同几何参数的扭曲椭圆管管内和管外的协同角都存在差异,二次流的出现优化了速度场以及温度场分布,减小了速度场以及温度梯度场之间的夹角,实现强化传热。     

粘弹性流体在偏心环空中非定常流动的流量数值计算

利用有限体积法（FVM）对双极坐标系下变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的控制方程进行了离散,其中时间积分方案采用全隐式,再利用交替方向隐式方法（ADIP）对离散方程组进行了数值求解;通过对视为变系数二阶流体的不同质量分数的聚丙烯酰胺（HPAM）水溶液在内管做轴向往复运动的偏心环空中的非定常流动实验,在相同条件下,在利用该方法数值求解上述控制方程后得到速度场的基础上,结合流量公式,将数值计算得到的流量与实测流量进行了比较,并将比较的吻合程度与其它方法得到的吻合程度进行了对比。结果表明：本文所给数值计算方法是正确的;利用本文方法数值计算得到的流量与实测流量的吻合程度比另外两种方法更好,且数值计算步骤较为简便、计算速度较快。     

换热管束排列对换热器壳程流动与传热影响的研究

利用CFD方法,计算出管壳式换热器换热管不同排列方式的三维压力场、速度场和温度场,并对不同排列方式下的压力损失、速度分布和换热效果进行了对比,为换热器的理论设计提供了一定的参考。     

间断伽辽金方法在计算油浸式变压器温度场数值中的应用

为了提高数值方法在计算油浸式变压器温度场数值方面的准确性,在有限体积法(FVM)的基础上,提出了一种间断伽辽金方法(DGM)。以一台S13-630kVA 10kV油浸式变压器为例,建立控制方程,利用DGM计算变压器温度场。将利用DGM计算的油浸式变压器温度场结果与实际监测数据进行比较,结果表明:DGM计算结果与实测数据基本相符,标准差仅为3. 13℃。     

POD analysis of flow and heat transfer performance of tube fin heat exchanger on different boundary conditions

The traditional numerical simulation calculation time is long, and it is difficult to meet the needs of modern industry development. The method of combining body-fitted coordinates and proper orthogonal decomposition(POD) reduced-order model is used to calculate the heat transfer units of the flat tube fin heat exchanger. And its calculation results are compared with the results of the finite volume method (FVM). The results show that the POD method can accurately obtain the actual information under the boundary conditions of uniform wall temperature and uniform heat flux. But also, the calculation speed of POD is 3093 times of FVM. As for the cases of reconstructing the temperature field, the maximum error values under the boundary conditions of uniform wall temperature and uniform heat flux are 0.557% and 0.308%, respectively. As for the cases of reconstructing the velocity field, the maximum error values under the boundary conditions of uniform wall temperature and uniform heat flux are 1.26% and 1.9%, respectively. The conclusions of this study can supply theoretical reference for reasonable boundary condition in numerical design of the heat exchanger.     

翅片板式传热器双流道传热与流动数值模拟

焊接型板式传热器的紧凑性好、质量轻、传热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识,因此人们纷纷对板式传热器内流动状态和传热机理展开研究。鉴于此,本文运用数值模拟软件Fluent对全焊接翅片板式传热器双流道进行模拟,在此基础上又进行了实验研究及实验数据与数值模拟的对比分析,得出不同结构参数和操作参数下翅片的传热系数和压力降,并分析翅片高度和翅片间距对翅片传热性能与流动阻力的影响。结果表明：①固定冷侧的入口速度和温度,热侧的传热系数和压降随之热侧入口速度增加而增大;②板间距一定时,翅片高度并非越高传热性能越好;③翅片间距越小,传热性能越好。     

开缝翅片换热器三维流动传热特性数值研究

建立了开缝翅片换热器三维流动传热物理模型和数学模型,针对不同开缝位置的换热单元进行数值计算。并应用场协同理论分析了不同入口速度对换热特性的影响。研究表明：对翅片进行开缝能够有效提高翅片管的换热性能、强化传热,且下游开缝比上游开缝换热效果好,全部开缝换热效果最好。随着入口速度的增大4种翅片换热量明显增强,增加入口流速也可提高换热效率,但压力损失较大。计算结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

锯齿翅片的传热与阻力性能试验

在风洞试验台上对16种不同结构参数的板翅换热器中使用锯齿翅片进行了传热和流动阻力性能试验,分析比较了翅片间距和翅片长度对其表面对流传热系数和空气阻力性能的影响。同时通过对16种翅片的244个试验数据点进行多元回归和F显著性检验,获得了j因子和f因子的经验关联式。在Re=500～7500范围内,经验关联式的最大误差范围为±10%,绝对平均偏差分别为4.2%和5.3%。     

翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟

在对大型翅片管式换热器结构合理简化的基础上,应用CFD和数值传热学方法,建立了翅片管式换热器内部流动与传热的数学模型,得到了其内部流场和温度场的分布规律。并将数值模拟结果与现场应用数据比对分析,结果表明,研究方法可行,能为换热器的设计和改进提供参考和借鉴。     

多股流绕管式换热器的管束排布及传热计算

多股流绕管式换热器的结构复杂,传热计算的难度较大。常见的计算方法是根据一些假定条件建立计算模型、进行数值求解,这种计算方法较复杂,不适合工程计算。而一些能用于工程计算的简便解析计算方法则存在迭代计算复杂、应用范围受限的缺点。本文列举了几种典型的多股流绕管式换热器的管束排列结构,分析了各自的结构特点;给出了多股流换热器的管板结构及相应的流体进出口接管方式,分析了各自的优缺点及应用场合。针对两种常规的多股流管束排列结构,即各股管程流体分层排布和同层排布,分别给出了适应于工程应用的简便传热计算方法。这两种计算方法将复杂的多股流绕管式换热器的计算分解为多个管程单股流绕管式换热器的计算,简化了计算过程。     

间断环面槽肋片管束的传热和流动阻力

应用热 -质比拟技术 ,对间断环面槽肋片管束进行了传质与流动阻力实验 ,根据热 -质比拟关系得出传热结果 .分析了该种换热芯子在不同板间距时的传热与阻力特性 .与光板肋片管换热芯子比较 ,该种换热元件的传热与阻力都有很大提高 ,而阻力增加幅度更大 .实验结果为运用单位选用肋片管式换热器提供了依据 .