外凸式波节套管换热器壳程流动与传热机理的数值模拟

针对波节套管换热器壳程中的流动和传热机理进行了k-ε的数值模拟研究。采用六面体网格结合波节区域加密的特殊划分方法,进行了首层网格间距和主流区网格间距的无关性分析。数值模拟结果与经验公式进行对比,验证了数值模拟方法的准确性。对比分析了波节管和光管中流动和传热参数(速度、温度、湍动能和湍流耗散率)的性能差异,揭示了波节管的强化换热机理。同时,分析了波节管的局部Nusselt数和阻力降沿壁面的变化规律。结果表明流体在波节的去流侧形成了一个脱体旋涡,破坏了流体的速度边界层和温度边界层,同时使得其内部的摩擦阻力和热扩散能力明显提高,起到了明显的强化换热效应。     

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。     

波节管换热器强化壳程传热的途径

根据波节管换热器管壳程传热效果分析,找出强化壳程传热的途径,从而提高该换热器的换热效率。     

波节管换热器强化壳程传热的途径

根据波节管换热器管壳程传热效果分析 ,找出强化壳程传热的途径 ,从而提高该换热器的换热效率。     

非对称型外凸式波节管内的传热和流动特性

针对一种新型的非对称外凸式波节管(ACT)换热元件,基于三维RST模型对其进行了数值模拟研究。通过与传统的对称型外凸式波节管(SCT)分析比较,考察了两者流动及传热特性的区别。为了验证雷诺应力模型(RST)在研究波节管结构时的可靠性,比较了现有波纹壁面中直接数值模拟(DNS)与RST模型在同一条件下的计算结果。通过对比发现,RST模型得出的包括速度场、压力系数等计算结果与DNS所得出的结果基本吻合。随后对外凸型的流动及传热机理进行了深入探讨。结果表明,与传统的SCT相比,ACT提高综合传热性能最多能够提高32.3%。     

内插松弛扭带波节管的流动与传热特性的数值模拟

采用RNG k-ε数值模拟方法研究一种新型内插松弛扭带波节管（CLT）的流动与传热特性。将数值模拟结果与自建实验台的实验结果进行了对比验证;比较了CLT和内插松弛扭带光管（SLT）的传热性能差异;考察了CLT中扭率和余隙比对流动和传热特性的影响规律。研究结果表明CLT相比于传统的SLT,传热性能最多提高1.17倍,综合传热性能的绝对数值最多增加0.15。CLT的综合传热性能随着扭率的增加而增加,而增加的幅度却逐渐减小,高Reynolds数时减小的程度更加显著。同时,综合传热性能随着余隙比的增大而降低并且降低的幅度也逐渐减小,在低Reynolds数时明显降低,而在高Reynolds数时略微降低。综合考虑,低Reynolds数时应该选择余隙比低的扭带,而高Reynolds数时则应选择余隙比高的扭带。     

管壳式换热器壳程流动和传热的三维数值模拟

提出了一种管壳式换热器壳程单相流动和传热的三维模拟方法 .用体积多孔度、表面渗透度、分布阻力和分布热源来考虑壳程复杂几何结构造成的流道缩小和流动阻力、传热效应 ,通过数值求解平均的流体质量、动量、能量守恒方程 ,得到壳程流动和换热的分布 .用该方法对一实验换热器进行了流动和传热的模拟 ,计算结果和实验结果吻合良好 .     

三叶孔板换热器壳程流动及传热数值模拟

三叶孔板换热器是一种新型纵流换热器,广泛应用于核电装备领域。针对目前使用较多的壳程"单元流道"模型的局限性,建立了三叶孔板换热器壳程整体模型,包括进出口接管。采用商用软件FLUENT14.0及RNG k-ε湍流模型对壳程流体流动与传热进行了数值研究,分析了三叶孔板换热器壳程流动与传热特性。结果表明:流经第一块支撑板后,流体已充分发展,并且随着壳程结构周期性变化,传热与压降也呈现周期性变化。在支撑板附近,流体流速变大,形成射流,并且由于支撑板阻挡,在支撑板前面和尾部产生二次流,能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用。     

管壳式换热器壳程流动与传热的数值模拟与验证

针对目前管壳式换热器中微小流路建模和分析的缺失,采用“分段建模,整体综合”的模拟方法成功地开发了小间隙流路A和E的建模技术,建立了既包含主体流路（B、C）,也包含微小泄漏流道（A、E）的全流路管壳式换热器流动与传热模型,得到了与实际换热器相适应的几何模型。通过应用CFD软件Fluent进行分段模型的流动与传热研究,对各流道在折流空间中对传热和流动的影响进行了分析讨论。同时,采用整体综合技术,将数值模拟获得的局部流动与传热数据综合整理得到了换热器传热和阻力系数的整体法关联式。并将模拟结果与几种著名的壳程计算方法（Donohue、Kern和Bell-Delaware,流路分析）进行了对比,结果发现数值模拟与Bell-Delaware法和流路分析法的结果吻合良好,最大偏差小于20%。     

外凸式波节管结合内插扭带复合强化换热性能分析

针对一种新型的外凸式波节管结合内插扭带（CT）的流动与传热特性进行了RNGk-ε数值模拟研究。数值结果与实验结果进行了对比,验证了数值模型的精确性。将CT和传统的光管结合内插扭带（ST）的流动与传热特性进行了对比研究,揭示了其复合强化换热机理。结果表明CT相比于传统的ST,传热性能以及综合传热性能最多分别提高1.48和1.3倍,并且在低Reynolds数时提高得更加明显。CT在波节与扭带的间隙区域形成了脱体涡旋,破坏了近壁面的热边界层,同时扭带增加了主流区的扰动,使得湍动能增加,因此波节和扭带的协同作用使管内达到了复合强化换热效果。     

网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热的三维数值模拟

利用Fluent软件对网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热进行了三维数值模拟,得到了壳程流体温度场、速度场及压力场等细观信息。根据模拟的结果,揭示了网状孔板强化壳程流体换热的机理,分析了壳程流体沿轴向流动及换热的性能,总结了近壁区流场及温度场的特点。     

扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000～14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53～2.53倍,为光滑内管换热器的3.08～4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。     

纵流式换热器壳侧支撑方式的数值研究

提出了一种纵流式换热器壳侧交错短杆支撑方式,并对光滑传热管束的交错短杆、短管、方形折流杆3种管间支承方式及波纹管束自支承、混合管束自支承方式,在流动与传热充分发展区段,采用湍流模型、六面体网格,运用商业软件FLUENT进行了三维数值计算。对各种支撑方式在不同的支撑间距（Ls=4.56和9.13）、不同的Reynolds数（Re＝2630、13150、26300、52600）下的传热特性、流动阻力特性、支撑的可靠性进行了优化研究。得出了各种支撑方式的壳侧Nu、压降及综合指标-h/（LΔp）与Re的关系。     

波纹板式换热器的数值模拟

以波纹板式换热器作为研究对象,通过流体力学(CFD)软件,对波纹板内、外流体流动进行了数值模拟研究。板内流体流动研究表明,流体在板内流动时存在流动死区,在这些区域里传热效果很差,导致板壁面出现热点。板间烟气流动研究表明,板片的凹凸波纹结构,起到了强化烟气侧传热的作用,其中凸波纹的作用要明显优于凹波纹,同时波纹板片式换热器的凹波纹区域存在一定的烟气脱体现象。该数值模拟研究结果对提高波纹板式燃气热水器的换热效率有一定的指导意义。     

三叶孔板换热器壳程流动及传热数值模拟

三叶孔板换热器是一种新型纵流换热器,广泛应用于核电装备领域。针对目前使用较多的壳程“单元流道”模型的局限性,建立了三叶孔板换热器壳程整体模型,包括进出口接管。采用商用软件FLUENT14.0及RNG k-ε湍流模型对壳程流体流动与传热进行了数值研究,分析了三叶孔板换热器壳程流动与传热特性。结果表明：流经第一块支撑板后,流体已充分发展,并且随着壳程结构周期性变化,传热与压降也呈现周期性变化。在支撑板附近,流体流速变大,形成射流,并且由于支撑板阻挡,在支撑板前面和尾部产生二次流,能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用。     

运行工况对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响

为了明确运行工况对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响,开展了丙烷介质在壳侧的流动沸腾换热实验研究。干度0.2～1.0,热通量4～10 kW·m^-2,质流密度40～80 kg·（m²·s）^-1。实验结果表明：随着干度增加,传热系数先增大再减小,在干度0.8～0.9工况下达到最大值;随着热通量增大,传热系数在干度小于0.8的工况下逐渐增大,但是在干度大于0.8的工况下却逐渐减小;随着质流密度的增加,传热系数在低热通量工况下呈增加趋势,而在高热通量工况下呈现出非单调变化。     

轴流型管壳式换热器壳程入口段传热与流阻研究

报道轴流型管壳式换热器在壳程入口段的传热与流阻实验研究结果，包括入口段的流体阻力系数与传热膜系数分布。并对入口段与管束中间段的传热与流阻性能对比做了分析。