弓形螺旋管夹套的应用

近年来,国外普遍采用一种新的换热结构,就是将薄钢带压制成弓形截面的半管盘绕在筒体上,见图1,称之为螺旋管夹套,其介质可为冷热水、酒精水、液氨、乙二醇、蒸汽等。目前,国内在微生物发酵行业中已开始采用这种结构。本文将对螺旋管夹套的性能及与传统的整体夹套(见图2)的优劣对比作一些探讨。     

三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热模拟

对三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热性能进行了模拟,得到了充分发展条件下恒定热流加热时釜内湍流流体的速度场,分析了雷诺数(Re)和无量纲曲率(k) 对流体阻力和换热性能的影响,并由模拟数据拟合出平均阻力系数及平均努赛尔数的关联式. 结果表明,湍流流动中,夹套内流体的二次流动为稳定的二涡结构,随雷诺数增大,二次流强度和湍动能均增强. 由于离心力的作用,外壁面的阻力系数远大于内壁面. 换热面上局部努塞尔数的峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处,换热面中心处的局部努塞尔数约为峰值的85%. 随Re和k增大,峰值处的局部努塞尔数值增大最明显,流体的平均努塞尔数及阻力系数均增大. 在所模拟的范围内,三角形螺旋夹套的效率因子E>3.7,且随Re和k增大,E逐渐增大.     

弓形截面螺旋半管夹套内流体流动与换热

采用数值方法对弓形横截面螺旋半管夹套内流体的湍流流动与换热特性进行了研究。基于正交螺旋坐标系给出了夹套内换热流体充分发展的湍流流场与温度场分布。研究了雷诺数Re和无量纲曲率δ对流动阻力fRe及壁面平均换热努塞尔数Num的影响。结果表明:充分发展湍流条件下,弓形截面螺旋半管夹套的横截面上,平均轴向速度的最大值位置靠近弯曲的外壁侧;二次流为旋转方向相反的两涡结构。相同换热面积时,在0.058≤δ≤0.12,6000≤Re≤12 000的范围内,弓形截面夹套的流动阻力fRe是半圆形截面夹套的0.794～0.947倍,平均努塞尔数Num为0.86～0.98倍。     

黏度随温度变化对三角形螺旋夹套内湍流流体流动及换热的影响

考虑受热流体黏度随温度变化的影响,对三角形螺旋夹套内流体湍流换热进行了数值模拟分析。经与实验结果比对,证明了模拟方法可靠。基于模拟结果重点分析了受热流体黏度变化对流道内流体流动和换热特性的影响,剖析了受热流体的截面平均流动阻力(fRe_m)和平均Nusselt数(Nu_m)沿流动方向的发展特点,并比较了不同流动参数和不同结构参数下流道内受热流体定黏度和变黏度时流体总流动阻力和传热系数的差别。结果表明:考虑流体黏度随温度变化时会明显影响三角形螺旋夹套内流体的流动和换热特性。对比两种流体fRe_m和Nu_m沿流体流动方向的发展过程发现,在早期、中间和后期发展3个阶段中,后期发展阶段中两种流体的发展趋势明显不同;相同来流条件和热边界条件下,与定黏度流体相比,同一横截面上变黏度流体各点的局部流动阻力较小,而局部Nusselt数却较大,因此变黏度流体总的流动阻力较小,而总的传热系数较大;Reynolds数越低,流道量纲一曲率越小,变黏度受热流体的流动和换热性能与定黏度流体流动和换热性能相比差异愈明显,则考虑流体黏度随温度变化对流体流动和传热的影响更为重要。     

带夹套的汽提塔设计

夹套设备广泛应用于石油、天然气等化工领域,与一般的压力容器相比,作为一种多腔压力容器,其结构设计与设计参数的选取存在差异。本文以某单位1 150万t/a重油加氢裂化装置中的带夹套的汽提塔为例,对设计温度、计算压力、腐蚀裕量、焊接接头系数等参数的选择进行介绍;进行强度计算确定壳体厚度、耐压试验压力以及根据温差应力确定夹套是否需要设置膨胀节;依据TSG 21—2016对夹套塔进行压力容器分类。     

螺旋半圆管夹套内层流流动及换热特性研究

将螺旋半圆管夹套的物理模型简化为半圆形截面螺旋管,对4种不同结构夹套内的三维层流流动及换热进行了模拟求解,所得的结果与文献中的实验数据进行了对比。给出了发展段以及充分发展段的流场和温度场的分布,通过坐标变换得到了二次流的矢量图;分析了雷诺数Re、量纲一曲率δ和量纲一螺距λ对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:二次流对螺旋半圆管夹套的换热起强化作用,λ的影响很小,仅增大,δ流动阻力及壁面平均努塞尔数Nu均增大。     

略谈半圆管夹套反应釜的优越性

本文介绍了半圆管夹套相对于传统夹套的一些优点。     

电极水夹套的设计

通过工程实例,对电极水夹套的受压变形进行分析,并对其结构进行优化,提出分块式夹套的设计方法。     

反应釜内螺旋半圆管夹套内流体的湍流换热性能及熵产分析

应用CFD软件研究了安装在反应釜内壁侧的螺旋半圆管夹套内流体的湍流换热特性,分析了雷诺数Re和曲率d对换热特性的影响,并以熵产数为指标对夹套换热性能进行了基于热力学第二定律的分析评价. 结果表明,弯曲换热壁面两侧主二次涡涡心附近无量纲温度最小,而壁面中心点附近最大,是换热最差的部位. 同一d下,Re增加使二次涡强度和流体湍动能增大,夹套换热综合性能系数Num/f增大;同一Re下,d增加使二次涡强度增大而流体湍动能减小,Num/f值减小. 研究范围内,釜内夹套换热壁面的平均努塞尔数Num为釜外夹套的1.168~1.241倍,摩擦阻力系数f为其1.021~1.077倍. 结构确定的夹套存在一个最佳平均雷诺数(Reop)使换热过程的不可逆损失最小,随d增加,Reop逐渐增大. 半圆截面2个尖角附近是夹套内有用能损失的主要部位.     

螺旋半圆管夹套内充分发展层流流动与换热特性

根据螺旋半圆管夹套的结构特点,提出了简化的物理模型;采用数值方法求解了恒定热负荷条件下夹套内流体充分发展的层流流场和温度场,并与激光多普勒测速仪测得的速度场和已有的传热实验结果进行了对比。研究了夹套的结构和换热流体Prandtl数Pr对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:层流状态下,夹套管的横截面上存在两涡结构的二次流;随着曲率k的增大,二次流函数值增大,二次涡的强度增强,流动阻力增加。二次流对夹套内的换热起强化作用,k值越大,换热流体的Pr越小,二次流的相对强化换热作用越明显。增大k或Pr可以强化夹套内的换热,但强化效果不同;夹套内换热面的中心部位是需要强化换热的重点部位。     

带夹套容器的传热设计

介绍带夹套容器的传热设计方法及关联式。     

三维管烟气换热器传热特性的实验及模拟研究

通过实验对三维管换热元件与传统H型鳍片管进行测试,研究其传热特性. 结果表明,三维管换热器的总换热系数是H型鳍片管换热器的2?3倍,采用错列布置换热管比顺列布置换热管的阻力大. 修正的气侧对流换热系数关联式更符合实际,计算结果比原式提高约26%,FLUENT软件能很好模拟三维管换热器的实际情况,模拟结果误差较小.     

对流传热强化在水套炉中的应用分析

以无功传热强化技术为基础,简要回顾了换热管传热强化的研究进展,对管内对流传热强化的应用进行了介绍。基于水套炉中换热管束的结构特性和管内介质物性,提出水套炉的换热管传热强化技术的影响因素。最后对管外传热强化进行了讨论。     

铜材退火罐热量回收利用装置传热分析

对某厂铜件退火罐,利用风冷夹套回收其余热用于木材干燥。采用ANSYS 14．0软件模拟了风冷夹套中的流场、温度场和压力场,并根据工程实际对进气口数量进行了优化。结果表明,进气口数量的改变不仅改变了流动阻力而且影响传热效果。当进气口数量为7时,退火罐出气口空气温度适宜用于干燥木材并且取热效果良好。     

外夹套反应釜与外半管反应釜热交换形式的对比分析

反应釜对传热能力要求较高.探讨外夹套反应釜和外半管反应釜换热方式的优劣,结合实例进行分析,目的在于方便用户对反应釜外壁换热方式进行选择.     

固定床冷却的错流传热

采用挤条型催化剂载体Al2O3和合成氨铁系催化剂为填充物,以空气为介质,在床层被冷却的情况下,研究固定床中内置圆管被冷却的错流传热。被冷却床层中的等温线是以流动方向为长轴的椭圆形曲线,被冷却的区域主要在换热管的后方,其前方几乎没有影响。错流传热过程与流体流动方向密切相关,床层被冷却时,热量传递是逆流体流动方向进行,顺流动方向几乎不发生热量传递。得到了气体雷诺数为10-220,床径／粒径为3～15条件下填充低导热系数颗粒和高导热系数颗粒床层的传热关联式。     

内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性研究

通过数值模拟对内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性进行了计算与分析,结果表明:换热管的对流传热强度随着扭带数量的增加而提高,随着扭带扭率的减小而提高。流动阻力损失相对于空管有很大程度的提高。传热性能评价指标在湍流时普遍较低,故多螺旋扭带换热管的使用应考虑流动阻力损失的影响。     

振动流化床中水平换热管与粗钛矿传热特性的研究

以粗粒级原钛矿为实验物料,测定了振动流化床与水平加热管间的传热系数,研究了粗钛矿在流化状态下的传热特性,并对影响传热过程的因素进行了分析,得出了适宜的操作条件。在操作气速0.1ms-1、振幅2mm及振动频率1100min-1的条件下,振动流化床水平换热管的传热系数达到最大值。实验结果为粗钛矿的高效节能干燥提供了重要实验依据。