换热管内插扰流子的数值模拟研究

针对强化换热时较难避免的压降损失问题,以数值模拟为手段,对比分析了换热管中安装V字折流板（V-baf）、柱状扰流子（C-rod）,以及旋流子（S-gen）等扰流元件后,流体流动和换热情况。结果表明：扰流元件的加入,可以一定程度上强化传热;总结文献中已有的换热性能评价标准,综合考虑换热强化和压降损失,发现PEC（Performance Evaluation Criterion）是一种容易理解、易于计算的评价指标;经过对比3种扰流子的换热效果,其中旋流子诱导管内流体产生旋转流动,旋转流动可以使得流体在径向发生混合,增大核心区流体温度均匀程度,符合二次流强化与核心流强化原则;同时,旋转流动持续距离长,可以保持较长距离不衰减,换热综合效果较好。     

管内扰流元件的强化传热原理与性能指标研究进展

扰流元件是一种简易、有效的强化传热方法。扰流元件主要应用于管壳式换热设备的换热管内,通过对管内流体的分流与旋流作用,使管内流体边界层变薄,污垢沉积始终处在较低水平,增大流体的管内对流传热系数,从而到达强化传热的效果。本文综述了多种扰流元件的国内外研究进展,并阐述了它们产生强化传热的机理、结构特点及适用场合。应用综合考虑扰流元件的强化传热效果与引起压力降增加的方法,比较了各种扰流元件的优缺点。总结了扰流元件的性能指标参数及其计算方法。总结了计算流体力学软件与冷模实验相结合的方法以及这种方法的应用场合。结合作者设计扰流元件的实践经验,给出了工程应用时计算流体力学软件与冷模实验相结合的实验方法以及扰流元件的选型设计方法与步骤。     

新型强化换热方法的换热性能研究

通过分析设置翼涡发生器、扰流柱，采用多头螺旋槽管等几种新型强化换热方法的换热性能，得出不同涡发生器强化换热程度不同及换热增强与压力损失的最佳强化效果有别。并指出大容量设备即紧凑式换热器的研究为强化换热、节能降耗提供了可能，发展前景广阔。     

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。     

巧做扰流子

为了提高管壳式换热器的传热效率,人们对管壳式换热器的传热机理及强化传热的各种方法进行了许多探讨。在改进管子传热面的结构方面,通常的方法是增大传热面积和设置各种内插物以及湍流机构,从而促使流体的强烈湍动,图１所示的扰流子是我厂换热设备氧化器管内的内插物...     

基于锥形环扰流元件强化管内对流换热的数值模拟

锥形环是近年来开发的一种强化管内对流换热的扰流元件。本文应用计算流体动力学软件Fluent 6.3,对安装有锥形环的管内湍流换热性能进行了数值模拟,研究了锥形环形式(收缩型、扩张型)以及大端与管壁间隙(1 mm、3 mm、5 mm)的影响,结果表明:(1)在相同条件下,扩张环比收缩环的强化换热效果更好;此外,锥形环大端与管壁的间隙越小,换热效果越好;(2)对于同种锥形环,其阻力系数f随着雷诺数Re及大端间隙Δ的增加而减小;间隙较小时,扩张环的阻力系数f比收缩环大很多,而大间隙下扩张环的阻力系数f比收缩环略小;(3)在相同间隙下,扩张环的综合性能比收缩环要好;对于同种锥形环,综合性能准则PEC的值随大端间隙Δ呈现出非单调的变化规律。     

巧做扰流子

管壳式换热器是典型的换热设备,它在工业上的应用有悠久的历史。目前,这种设备被当作一种传统的标准设备,仍在很多工业部门被大量使用,尤其在石油、化学工业中,管壳式换热器在所有换热设备中仍占据主导地位。一般说来,管壳式换热器易于制造,生产成本低,选用的材料范围广,在高温、高压场合下亦能应用。但是管壳式换热器也存在一些不足,如传热效率、结构的紧凑性以及单位换热面积的金属消耗量等方面,它确实无法同各种类型的“板式”换热器相比。为了提高管壳式换热器的传热效率,人们对管壳式换热器的传热机理及强化传热的各种途径…     

新型强化换热方法的换热性能研究

通过分析设置翼涡发生器、扰流柱 ,采用多头螺旋槽管等几种新型强化换热方法的换热性能 ,得出不同涡发生器强化换热程度不同及换热增强与压力损失的最佳强化效果有别。并指出大容量设备即紧凑式换热器的研究为强化换热、节能降耗提供了可能 ,发展前景广阔。     

扰流子强化换热器传热的研究与应用

一、前言换热器是石油化工厂重要设备,强化换热器的传热是炼厂提高生产能力,节省投资及节能的重要手段。用管内插入物强化管内流体传热是提高管内膜传热系数的一种行之有效方法。管     

内置转子套管式换热器强化传热实验

概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理,通过实验研究了内置螺旋叶片转子及叶片间断型转子换热管的传热和阻力特性。实验结果表明,在相同的Re条件下,内置螺旋叶片转子换热管管内的Nusselt数高于内置叶片间断型转子换热管,阻力系数低于内置叶片间断型转子换热管,同时PEC值明显高于叶片间断型转子的PEC值,说明内置螺旋叶片转子换热管的综合性能优于叶片间断型转子。     

考虑管壳式换热器传热强化的换热网络综合研究进展

换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好的经济效果。本文首先通过文献检索数据说明了在换热网络改造和设计中考虑传热强化技术的研究在近5年得到了研究者的关注。然后概述了管壳式换热器传热强化的基本原理及主要方式,分析了传热强化技术的应用对换热器传热性能的影响,系统总结了管壳式换热器传热强化技术的分类和强化效果。进一步从设计和改造两个方面,对换热网络优化中考虑管壳式换热器传热强化的应用研究进行了综述,展示了传热强化对换热网络设计和改造的效果和优势。最后对下一步的研究进行了展望,指出可进一步探究换热器传热强化设备几何尺寸和换热网络同步优化、传热强化和换热器详细设计同步优化等。     

管壳式换热器强化传热研究进展

管壳式换热器作为工程中应用广泛的换热器,具有结构坚固、适应性强、能够利用和回收热能等优点。在追求高能源利用效率的背景下,换热器的强化传热得到广泛关注。本文重点阐述了管壳式换热器的强化传热相关研究进展,包括换热器本身几何结构的优化、换热流体的热物性改善以及多种强化传热技术结合的复合强化传热方法。其中几何结构优化主要包括改变换热管管型、增加管内插入物以及壳程中的隔板优化研究等。换热流体热物性改善包括纳米流体提高热导率、潜热型热流体提高比热容等。复合强化传热是将多种强化方法结合,可弥补单一方法的不足,以获得更高强化传热效果。最后指出管壳式换热器强化传热未来的研究方向在于持续开发强化传热管、制备稳定的纳米流体及潜热型流体以及多种强化方式复合提高强化效果。     

管壳式换热器强化传热技术进展

介绍了管壳式换热器强化传热技术的最新进展及技术动向。管程强化传热采用螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、菱形翅片管、花瓣形翅片管等传热元件,壳程强化传热采用弓形折流板支撑、折流杆式支撑、螺旋折流板支撑、空心环网板支撑、旋流网板支撑和管子自支撑等管束支撑结构。随着技术的进步,目前节能、高效的旋流网板急扩加速流缩放管管壳式换热器已广泛应用于硫酸生产中,提高了转化工序热能利用效率。     

基于超声技术的沉浸式换热器强化传热研究

针对沉浸式换热器管外强化传热的问题,采用振动壁面的方式向换热器内输入超声波,研究了超声外场对沉浸式换热器内的管外流动、空化现象以及传热强化的作用。超声作用在流体中能够产生空化现象和声流的传播。其空化作用使得邻近振动面的流体发生液气相变,在远离振子的区域发生微小气泡的膨胀,换热器管外流体区域的平均气体体积分数由未加载超声时的0.01302最大增至0.01359。声流现象使得换热器管外流体的流速具有和超声波相同的脉动变化特性,呈高低速相间分布流向换热器两侧,最低速度接近0,最高速度4.93 m·s^-1,平均流速由0.0248 m·s^-1增至0.102 m·s^-1,超声作用效果显著。在空化和声流的双重作用下,换热管外表面湍动能均值由2.090×10^-4 m²·s^-2增大至0.01847 m²·s^-2,表明换热管外表面流体受到扰动增强,换热管外表面对流传热系数由1634.533 W·m^-2·K^-1增大至2031.069 W·m^-2·K^-1,传热强化比率达24.26%。本研究对超声技术在沉浸式换热器内的应用具有重要意义。     

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.     

板棒式换热器传热与流阻性能研究

简要介绍了板棒式换热器的结构和工作原理,设计制造了板棒式换热器,对板棒式换热器进行了传热与流阻实验。实验结果表明总传热系数理论计算与实验结果吻合较好,验证了模型公式的正确性。板棒式换热器是一种性能优良、结构紧凑的高效换热器,在硫酸工业等气体换热场合将有广阔的应用前景。     

管壳式换热器壳程传热强化研究

壳程的传热强化是管壳式换热器传热强化的一个重要方面.回顾了管壳式换热器壳程传热强化研究的发展.从流场和温度场协同配合作用的角度出发,研讨高效强化传热管的发展途径.指出壳程结构的优化必然同强化管束的优化组合相联系,且运用计算流体力学技术对壳侧流场和温度场进行数值模拟对研究管壳式换热器壳程的传热强化具有重要的指导意义.     

Intensification of heat transfer process: Improvement of shell-and-tube heat exchanger performances by means of ultrasound

Heat transfer in the presence of a low-frequency ultrasonic field has been investigated. Experiments were performed using a home-made shell-and-tube heat exchanger. The aim of this study was to investigate the effect of ultrasound on heat exchange performed by this new type of “vibrating” heat exchanger named sonoexchanger. Comparison was then made between overall heat transfer coefficients with and without ultrasound for the same hydrodynamic configurations. It was shown that under ultrasonic conditions, the overall heat transfer coefficient can be increased from 123 to 257%.     

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。