圆管束与椭圆管束换热、磨损及积灰特性的数值研究

为了从换热特性、流阻特性、磨损及积灰等方面综合分析对比烟气横掠圆管束和椭圆管束的性能,利用数值模拟的方法先是对圆管束、椭圆管束的换热及流阻特性进行了数值计算,验证了烟气横掠管束数学模型的正确性,然后对圆管束、椭圆管束的磨损及积灰情况进行了气固两相流冷态数值模拟。计算结果表明:与圆管束相比,椭圆管的换热系数减小7.72%,流动阻力降低了66.71%,椭圆管束的综合性能优于圆管束;椭圆管束具有更好的抗飞灰磨损性能,并且在工况较恶劣的环境下,椭圆管束的各排管子可降低磨损量21%~73%;由于椭圆管束具有更小的低速回流区域,更小的管壁低速区域,更优化的流场分布等优点,椭圆管束具有更好的抗积灰特性。因此,相比于圆管束,椭圆管束不仅具有更好的综合换热性能,还具有更优的防磨性能及抗积灰性能。     

直接空冷凝汽器翅片管积灰的换热特性研究

为了深入研究空冷凝汽器散热管束积灰时的传热与流动特性,利用FLUENT软件数值模拟了翅片管束不同积灰厚度的传热及流动情况,对比分析了翅片管束不同积灰厚度的压力分布、温度分布及速度分布,计算得到了翅片管束5种积灰厚度的对流换热系数、传热系数及流动阻力随迎面风速变化的规律,拟合得到了摩擦系数及努塞尔数随雷诺数变化的关系。结果表明:随着迎面风速的增加,积灰前后的管外对流换热系数、传热系数以及流动阻力逐渐增加;同一迎面风速下,随积灰厚度的增加,对流换热系数和流动阻力增大,传热系数减小。     

H型翅片椭圆管束传热及阻力特性的试验研究

对椭圆H型翅片管的传热及阻力特性进行含尘烟气条件下的热态试验研究,得到工业应用条件下的椭圆H型翅片管换热管传热及流动特性变化规律,给出了管外换热试验关联式及阻力试验关联式,并通过洁净管及稳定积灰工况的比较,得出试验元件的积灰变化规律,同时针对不同的翅片管布置方式进行分析,认为顺列布置条件下,积灰对于其传热特性及阻力特性的影响均小于错列布置,最高可达50%。     

空气横掠二种翅片管冷凝元件的对比实验

本文在风洞实验台上,对椭圆矩形翅片管束和圆管圆形翅片管束进行了对比性实验,归纳出了换热与阻力的无因次经验公式,对于管内蒸汽冷凝,管外空气横掠管来的工况,椭圆矩形翅片管具有较优的换热与阻力性能。最后,讨论了一些有关椭圆矩形翅片管冷凝器的优化问题。     

整体型螺旋翅片管束流动换热特性数值研究

整体型螺旋翅片管相比传统类型翅片管(高频焊螺旋翅片管和H型翅片管)具有显著优势,在锅炉低压省煤器上具有广阔的应用前景,但其流动换热特性尚不明晰。本文采用数值模拟的方法研究了翅片高度、翅片节距、横向管距和纵向管距对整体型螺旋翅片管束传热和阻力特性的影响。综合考虑流动性能、对流换热性能和固体导热性能,提出以η_0j/f~(1/3)表征翅片管综合性能。研究结果表明:Realizable k-ε模型的预测适用性最佳;横向管距减小,综合性能显著提升;翅片节距对综合性能影响不大;相对翅片高度h_f/d_0=0.32或相对纵向管距S_L/d_0=2.89时,综合性能最优。同时,拟合了错列整体型螺旋翅片管束(纵向4排)Eu和Nu的关联式,可为工程应用提供参考。     

横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究

为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机制的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究,获得了横向节距对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律,并提出相应的关联式.结果表明:在横向相对节距范围2.31～3.15,相同雷诺数Re和纵向节距下随横向节距增大,翅侧努谢尔数Nu变化在±3%内;欧拉数Eu减小约20%;综合传热性能j/f(科尔伯恩传热因子与范宁摩擦因子比值)增大约25%.通过与错列光管管束的比较,表明锯齿螺旋翅片管束强化换热性能较优,在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景.     

椭圆形基管H形翅片管的开发和应用

针对传统烟气冷却器存在烟阻大、积灰和磨损等问题,开发了一种椭圆形基管H形翅片管烟气冷却器。风洞模拟试验和流场分析表明:椭圆形基管的烟气冷却器烟速低,阻力小,流线平滑,积灰和磨损减轻。实际运行结果验证了该型烟气冷却器是可行的。     

螺旋鳍片管束在锅炉省煤器中的应用分析

在分析螺旋鳍片管束的结构与传热特点的基础上，根据螺旋鳍片管省煤器的实际运行状况，指出了螺旋鳍片管省煤器在设计与运行中存在的问题。分析认为，要实现螺旋鳍片管束受热面的优化设计，必须弄清其传热和阻力特性、管束磨损和积灰状况的变化规律以及受热面积灰对传热和阻力的影响。     

不同扩展换热面传热、积灰、磨损特性对比

为了对低温换热器优化选型,利用热力计算和数值模拟的方法,对比分析了螺旋肋片管和H型鳍片管的传热、积灰、磨损特性。结果表明:常规结构参数下,单位长度的螺旋肋片管具有更大的换热效率,在达到相同换热量时,其钢材消耗是H型鳍片管的42.87%,烟气阻力是H型鳍片管的61.45%;H型鳍片管由于其特殊的沟槽结构,形成的涡流方向与主流速度相反,垂直冲刷基管背风面,达到自清灰的目的,其鳍片无侧向气流冲刷,整体磨损较轻。因此,螺旋肋片管的换热性能更好,但H型鳍片管的防积灰和耐磨性均优于螺旋肋片管。     

直接空冷扁平翅片管束散热性能的实验研究

扁平翅片管束是电站直接空冷系统的基本散热元件,研究其结构特点和流动换热特性,对于电站空冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。以直接空冷系统典型的连续蛇形翅片扁平管束为研究对象,通过实验研究不同的翅片间距对翅片间冷却空气的流动换热特性的影响,以及垂直进风和倾斜进风工况下,翅片散热性能的变化。结果表明,在相同的风速下,随着翅片间距的减小,翅片的换热系数增大,而阻力系数的变化相对复杂。实验条件下,翅片间距为56.8 mm时整体性能较优。翅片间距一定时,随着风速的增大,换热系数逐渐增大,阻力系数逐渐减小。但随着风速的增加,两者变化趋势渐缓。研究结果为扁平管连续翅片结构的进一步优化提供了基础数据。     

直接空冷凝汽器空气侧热流性能的跨尺度模拟

针对冬季直接空冷凝汽器的防冻工业需求,将翅片管和空冷单元这2个尺度的模型耦合起来,既考察翅片管束的整体流动换热性能,又考察直接冷却翅片管内凝结水的冲击换热特性,为确定冬季低温运行条件下空冷凝汽器管内凝结换热甚至结冰计算提供第3类热边界条件。建立了空冷单元模型和翅片管模型,然后,将三维进口风条件下的翅片管级数值模拟结果简化成输入-输出代理模型;从空冷单元系统级数值模拟中获得系统级边界-迎风面的速度分布;进而将翅片管数值模拟代理模型应用到系统边界上,得到了系统边界上翅片管冲击换热特性以及翅片管平均对流换热特性的空间分布。数值计算结果表明,冲击换热系数比平均对流换热系数大一个数量级;在迎风面上冲击换热系数和平均对流换热系数均呈现出上低下高、左右不对称的特点;冲击换热系数随着转速的下降而下降。     

翅片管外有机工质TFE凝结换热特性研究

翅片管外有机工质换热特性（凝结换热系数及液膜热阻）影响冷凝器的换热性能。理论模型基于努谢尔修正膜理论,为提高计算精度,将翅片管沿管周向划分有限个微元角,建立各个微元角内翅片侧壁和翅片间基管处的层流膜状凝结换热模型,迭代求解各个微元角内的壁面温度,根据各微元角壁面与饱和蒸汽温差,推导翅壁面及翅间基管上的液膜热阻和换热量,最后求解管子平均换热系数。管壁温度随圆周角θ增大而减小;翅壁及基管上液膜热阻随圆周角θ增大而增大;基管上液膜热阻大于壁面上液膜热阻。与实验值比较,理论模型计算精度高于积分解法计算值。     

真空下不同换热管束换热特性的分析研究

分析了普通铜管和不锈钢管改性前后在真空状态下的换热特性,通过4种管束在不同雷诺数和真空度下换热性能的比较得出:在真空下,表面改性后的铜管管束和不锈钢管管束的换热性能强于同等条件下的普通铜管和普通不锈钢管.因此表面改性技术可广泛应用于化工、发电和动力领域,以此来提高换热表面的传热性能.     

弧线管微粒污垢特性的实验研究

微粒污垢的沉积造成换热面流动阻力增大，传热效率降低，腐蚀加剧。文中通过不同流速和微粒浓度下微粒污垢的加速实验，得到了弧线管微粒污垢渐近热阻值和诱导期；同时，用数值方法模拟了弧线管的内部流场和壁面剪切力。结果表明：弧线管微粒污垢的渐近热阻值和诱导期与微粒浓度和流速有关，流速增大、微粒浓度降低，其诱导期延长，渐近污垢热阻减小。而且，在清洁状态、析晶污垢和微粒污垢状态下，弧线管比对应光管都具有良好的传热和阻垢性能，其主要原因是由于弧线管内部流场和壁面剪切力周期性变化所引起的。     

分离法在翅片管传热性能试验中的应用

对于翅片管传热性能试验,管外气体的对流换热系数一般可通过分离法获得。通常采用的分离方法将翅片热阻视为常数,且不计翅片与基管之间的接触热阻。该文介绍了改进的分离方法,考虑了接触热阻及翅片热阻的变化,通过实例计算,显示了改进的分离方法的具体应用。表１ 参４     

脉动流条件下带突起内翅片管强化传热数值研究脉动流带突起内翅片管强化传热数值研究

对一种周期性带突起纵向内翅片管通道内的流动与传热特性进行了非稳态三维数值模拟。分析了带突起内翅片管通道在进口流速呈正弦波脉动流时其横截面二次涡流在1个脉动周期内的变化规律；得到了内翅片管平均Nu数及阻力系数f在一个脉动流动周期内的变化规律；同时进一步计算分析了不同脉动流脉动频率对内翅片管传热性能及阻力性能的影响。研究表明：在脉动流动的影响下纵向内翅片管的传热能力得到强化，随着脉动频率的增加，纵向内翅片管传热系数的增大幅度逐渐大于阻力系数。     

空冷凝汽器波形翅片扁平管管束外空气流动传热特性

研究火电站空冷凝汽器广泛采用的波形翅片扁平管管束外空气流动传热特性,对于火电站空冷岛的设计与运行都具有重要意义。该文通过CFD模拟,得到不同空冷凝汽器迎面风速条件下冷却空气的流场和温度场,通过计算获得了空冷凝汽器冷却空气平均对流换热系数和摩擦系数随翅片间距和翅片高度的变化规律。结果表明：随空冷凝汽器迎面风速增加,空气对流换热增强,摩擦系数降低。对每个迎面风速而言,都存在一个最佳翅片间距,对流换热最强。翅片高度增加,对流换热系数和摩擦系数减小。对空冷凝汽器波形翅片管束空气流动传热性能综合评价指标的分析表明,最佳翅片间距和高度需要通过综合技术经济比较确定。     

省煤器扩展受热面结构型式的研究

通过对国内外省煤器改造情况的分析 ,比较了光管、膜式、肋片、鳍片省煤器的传热特性、积灰磨损情况。对锅炉省煤器技术改造和设计制造提出了原则性建议     

内螺旋外棘齿管对流换热与流阻实验研究

针对火力发电厂无铜化运行需求．研制并加工出一种钢质双侧强化传热管一内螺旋外棘齿管。采用通用的强化传热管试验装置,对5根不同结构参数的内螺旋外棘齿管进行了水平单管管外蒸汽冷凝和流阻特性试验研究。根据大量实验数据,拟合出实验雷诺数尺P范围内的管内换热努塞尔数Nu及阻力系数f的计算关联式,并对内螺旋外棘齿管的热力性能进行了评价。实验研究发现：所有内螺旋外棘齿管管内换热系数比光滑管提高了42％～152％,同时阻力系数增加了48％～350%。最后得出结论：无论在何种工况下运行。内螺旋外棘齿管的换热与流阻综合性能均优于光滑管。可用做发电厂换热设备的管芯。大大提高电厂热能的利用。