三维肋翅片管在螺旋折流板换热器中的应用研究

本文研究了三维肋翅片管在螺旋折流板换热器中应用的传热与压降性能,以水和VG32液压油为换热对象进行实验,并与弓形折流板光滑管换热器进行对比.在相同的Re下, 螺旋折流板三维肋翅片管换热器的Nu足弓形折流板光滑管换热器的5.03~5.96倍.在相同流量下,螺旋折流板三维肋翅片管换热器壳程压降稍大,但它的传热流阻性能比足弓形折流板光滑管换热器的2.78~3.66倍.实验结果表明:三维肋翅片管枉螺旋折流板换热器中应用具有最佳的传热流阻综合性能.     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比。在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2—2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右。采用计算流体力学软件F luent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟。结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热。对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%。     

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。     

螺旋折流板三维肋翅片管换热器的传热性能研究

文章以水和VG32液压油为实验换热对象,研究了其在螺旋折流板低翅片管换热器和螺旋折流板三维肋翅片管换热器壳程的传热与压降性能。在相同的Re下,螺旋折流板三维肋翅片管换热器的Nu是螺旋折流板低翅片管换热器的1.6～2.6倍。在相同流量下,螺旋折流板三维肋翅片管换热器壳程压降稍大,但它的传热流阻性能比是螺旋折流板低翅片管换热器的1.39～2.15倍。实验结果表明:螺旋折流板三维肋翅片管换热器具有最佳的传热、压降和换热量综合性能。文章还对螺旋折流板三维肋翅片管换热器的强化传热的机理进行了分析。     

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟

为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391～4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明：三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9%,JF因子高13.67%,综合传热性能更好。在此基础上运用耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器耗散率最小。另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量。     

三维针翅片管在螺旋板换热器应用传热强化研究

将光滑管外表面进行滚压—犁切复合加工,形成了三维A型针翅片管,应用于连续形的螺旋导流板换热器中,流体在连续形螺旋导流板换热器的壳程中类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区。在相同压降下,其传热系数比普通的弓形折流板换热器高得多。文章以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管螺旋导流板换热器进行了性能对比。实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的Nusselt数和压降△p分别是光滑管螺旋导流板换热器的2.4～2.8倍和1.2～1.4倍。与光滑管螺旋导流板换热器相比,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,三维A型针翅片管具有很好的传热强化性能。     

热管蒸发器烟气侧换热性能数值分析

针对热管蒸发器内烟气侧的流动和传热问题,建立三维几何模型,采用数值模拟的方法研究了不同雷诺数下翅片螺距、翅片高度、管间距等因素对螺旋翅片管束传热和阻力特性的影响。结果表明:在研究范围内,随着翅片螺距的增大,螺旋翅片管的传热性能增强;随着翅片高度和管间距的增加,螺旋翅片管的传热性能减弱。随着翅片高度的增加,螺旋翅片管的阻力增大,随着翅片螺距和管间距的增大,螺旋翅片管的阻力性能减弱。研究发现,在所选用的翅片尺寸范围内,当螺距为10 mm、翅片高度为5 mm、管间距为55 mm时综合换热性能最佳。     

高效复合强化换热器的管程性能

通过搭建内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器传热与压降性能测试平台,对内螺纹扭曲椭圆管复合强化管换热器的管程传热和流阻性能进行了实验研究,以实验数据为基础拟合得到其对流传热系数和流动摩擦阻力系数与管内流体Reynolds数的计算准则关系式,将内螺纹扭曲椭圆管与光滑圆管、内螺纹圆管、光滑扭曲管的管程传热、流阻以及综合性能进行对比分析,结果显示内螺纹扭曲管流动阻力略高于其他类型的换热管,传热效果和综合性能明显优于其他类型换热管。内螺纹扭曲管作为一种内螺纹和扭曲扁管强化传热技术的叠加技术,强化传热效果明显,具有重要的工程应用价值。     

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟

为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391~4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明:三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9%,JF因子高13.67%,综合传热性能更好。在此基础上运用(火积)耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的(火积)耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器(火积)耗散率最小。另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量。     

螺旋扭曲管内部流动与传热特性试验研究

螺旋扭曲管是一种新型的强化传热元件，具有传热效率高、流动阻力小等优势，在石油化工、船舶、采矿、动力以及钢铁行业中具有广泛的应用前景。采用试验的方法，研究了螺旋扭曲管管内在湍流(Nu>20 000)范围内的流动与强化传热特性，并与同规格的光滑圆管进行了比较。试验结果表明，在相同的Re数下，螺旋扭曲管管内Nu数大于光滑圆管，增大了约30%～50%,表明螺旋扭曲管能有效地提高管内对流换热效果；在相同的Re数下，螺旋扭曲管阻力因子比光滑圆管小；在相同的流量下，螺旋扭曲管管内阻力损失与光滑圆阻力损失基本相当，表明采用螺旋扭曲管不会显著的增加摩擦阻力。     

非共沸工质换热匹配特性影响热泵性能的高级分析

针对非共沸工质非线性复杂相变传热过程,基于高级分析方法,推导出表征热泵系统性能的评估指标模型——温度匹配度（TMD）,探讨了非共沸工质与换热流体之间的换热匹配特性,实验验证了模型的准确性与适用性。选用了三组不同温度滑移程度的非共沸工质（M1、M2、M3）为对象,探究了TMD与换热夹点、系统COP、效率η以及换热器实际损占比ε之间的关系。结果表明：TMD越小,换热流体间的温度匹配越好,系统COP、效率越大,换热器实际损占比越小,反之亦然;且当TMD最小时换热器内夹点总是出现在饱和气态点处。     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S₁、纵向管间距S₂和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明：横向管间距在60.55～70.55 mm范围内,空气侧Nu和Eu均随S₁减小而增大,S₁为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65～75 mm范围内,空气侧Nu随S₂减小而增大,Eu变化不明显,S₂为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5～2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束性能的影响

为了提高平齿型翅片管的强化传热效果,通过改变其锯齿的扭转方向和偏折角度得到了折齿型螺旋翅片管。利用数值模拟和模化试验相结合的方法对基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束进行研究,得到了翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束的换热与阻力性能的影响规律和最优翅片螺距。结果表明:翅片螺距P_f在3.63~8.47 mm范围内,空气侧Nusselt数Nu随P_f增大呈先递增后递减的趋势;当P_f大于6.35 mm时,翅片螺距增大对Nu的影响相对已不明显;空气侧Euler数Eu随P_f增大而减小。对于基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束,P_f为6.35 mm时其性能指标Nu·f ^-1/3均最大,因此P_f=6.35 mm是最优翅片螺距。     

非牛顿流体在波节套管换热器中流动与换热的实验研究

针对非牛顿流体在波节套管换热器管程的流动与换热进行了实验研究。重点研究了0.2%黄原胶溶液(XG)在不同波节套管换热器管程流动时的传热与阻力特性,并分析了强化传热机理。结果表明在相同工况下,随着管程黄原胶溶液Reynolds数Re_XG的增大,套管换热器总传热系数k和管程进出口压降Δp逐渐增大;波高H和波距S影响黄原胶溶液在套管换热器管程的流动与换热。随波高H增大,黄原胶溶液受波节处的涡旋效应的影响更明显,流体层间剪切力变大导致黄原胶溶液黏度变小,湍流程度更大,管程传热性能提高,压降也增大,但综合传热性能不断优化;随波距S增大,单位长度波节数量减少,对黄原胶溶液扰动影响降低,湍流程度降低,管程传热系数先增大后减小,流动阻力不断降低,综合传热性能先提高后减弱。当H=3.5 mm、S=30 mm时管程波节管的综合换热因子η_tube达到最大,η_tube是相同条件下圆管的5.11~6.69倍。     

非牛顿流体在波节套管换热器中流动与换热的实验研究

针对非牛顿流体在波节套管换热器管程的流动与换热进行了实验研究。重点研究了0.2%黄原胶溶液(XG)在不同波节套管换热器管程流动时的传热与阻力特性,并分析了强化传热机理。结果表明在相同工况下,随着管程黄原胶溶液Reynolds数Re_XG的增大,套管换热器总传热系数k和管程进出口压降Δp逐渐增大;波高H和波距S影响黄原胶溶液在套管换热器管程的流动与换热。随波高H增大,黄原胶溶液受波节处的涡旋效应的影响更明显,流体层间剪切力变大导致黄原胶溶液黏度变小,湍流程度更大,管程传热性能提高,压降也增大,但综合传热性能不断优化;随波距S增大,单位长度波节数量减少,对黄原胶溶液扰动影响降低,湍流程度降低,管程传热系数先增大后减小,流动阻力不断降低,综合传热性能先提高后减弱。当H=3.5 mm、S=30 mm时管程波节管的综合换热因子η_tube达到最大,η_tube是相同条件下圆管的5.11~6.69倍。     

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.     

螺旋扁管换热器传热与阻力性能

对不同结构的螺旋扁管管内传热及流体阻力性能进行实验研究,并与光管比较,选出传热与流阻综合性能较好的管型。同时对2台螺旋扁管换热器及1台外螺纹螺旋扁管换热器进行壳程传热与流阻实验研究。根据实验结果给出了管、壳程传热膜系数与阻力系数的经验关联式。     

扭曲椭圆管换热的壳程强化传热特性

通过搭建扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能测试平台,对扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能进行了实验测试,以实验数据为基础对前人得到的壳程传热与压降性能计算准则关系式的应用范围进行了分析,同时拟合得到了测试用扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能计算准则关系式,设计了与测试扭曲椭圆管换热器结构类似的折流板换热器以及折流杆换热器,采用相关计算方法对换热器的传热与压降性能进行了计算和比较,并分析了3台换热器的综合性能,结果显示扭曲椭圆管换热器传热效果好、压降低,具有很好的工业应用前景。     

三维翅片管外螺旋流动传热强化

流体在螺旋隔板换热器的壳程类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区.在相同压降下,其传热系数比普通的弓形隔板换热器高得多.以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋隔板单管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管进行了性能对比.采用Wilson图解法分别分离出了螺旋隔板花瓣管和光滑管单管换热器的管程传热系数,并计算出各自的壳程传热系数,壳程传热系数相对误差为±3％.实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋隔板花瓣管单管换热器的Nusselt数和压降Δp分别是螺旋隔板光滑管单管换热器的2～2.7倍和1.3～1.4倍.与螺旋隔板光滑管单管换热器相比,螺旋隔板花瓣管单管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,花瓣管具有很好的传热强化性能.