第三流体在冷却通道内流动换热数值研究

以某液氧煤油火箭发动机冷却系统设计计算为基础,基于计算流体力学(CFD),并采用三维流固耦合算法对以水作为第三流体的冷却循环系统进行了计算和分析。比较了冷却剂入口温度、流量和冷却通道内压力损失等因素对冷却通道内流动换热的影响。结果表明:冷却剂流量增加0.01kg/s,推力室壁面整体温度和喉部温度降低分别降低9K和15K左右,冷却剂出口干度降低0.011左右;当冷却剂流量较低时,入口温度变化对换热效果几乎无影响,而当冷却剂流量较高时,入口温度每增加10K,冷却剂出口干度增加0.009左右;冷却剂流量每增加0.01kg/s会导致冷却通道压力损失增加54kPa左右;入口温度每增加10K,冷却通道压力损失将减少24kPa左右。由此,本文得出冷却剂流量的最佳范围12~14.4kg/s,入口温度的范围为300~350K。     

合理调整热管面积扩展热管换热器温度使用范围

本文阐述了合理调整热管冷热两侧换热面积,提高烟气出口侧热管壁面温度,降低烟气进口侧热管蒸汽温度的原理以及调整设计的计算方法。在烟气出口温度较低条件下,能方便地防止烟气酸露点腐蚀和灰堵;在烟气进口温度较高条件下,可保证水热管能安全可靠运行,从而扩大了热管换热器温度的使用范围。     

U型管式换热器进口截面流场数值模拟

建立了U型管式换热器进口截面的三维稳态流动数学模型,求得了U型管式换热器内部的压力场、速度场和温度场分布;在此基础上对U型管式换热器内部的温度场、压力场和速度场进行了讨论。研究结果表明,一方面,增大U型管式换热器进口热流体速度,可以增加U型管式换热器的换热量,增大出口截面的速度,增大内部压强,提高内部温度;另一方面,运行时间越长,U型管式换热器内部温度越低、出口截面速度越大,总传热率越低,压力损失先减小后趋于稳定;同时,离U型管换热器越近的外导流筒冲刷腐蚀越严重。     

冷却水参数对钠钾合金热管传热性能影响

冷却水参数对钠钾合金热管传热性能有重要影响,通过改变不同冷却水流量和冷却水温度,研究了冷却水参数对钠钾合金热管传热性能的影响规律。实验结果表明,钠钾合金热管运行于较低冷却水流量(4~18 ml·s-1)的冷却条件时,流量对热管冷凝段外壁面的温度影响很大,而当热管运行于较高冷却水流量的冷却条件时,冷却水流量对热管外壁面温度影响较小。整体而言,增大冷却水流量可以有效地提高钠钾合金热管的传热量及其传热性能。当热管运行于较大冷却水流量的冷却条件时,冷却水温度的变化对热管传热性能影响较小。     

冷却水参数对钠钾合金热管传热性能影响

冷却水参数对钠钾合金热管传热性能有重要影响,通过改变不同冷却水流量和冷却水温度,研究了冷却水参数对钠钾合金热管传热性能的影响规律。实验结果表明,钠钾合金热管运行于较低冷却水流量（4~18 ml·s^-1）的冷却条件时,流量对热管冷凝段外壁面的温度影响很大,而当热管运行于较高冷却水流量的冷却条件时,冷却水流量对热管外壁面温度影响较小。整体而言,增大冷却水流量可以有效地提高钠钾合金热管的传热量及其传热性能。当热管运行于较大冷却水流量的冷却条件时,冷却水温度的变化对热管传热性能影响较小。     

热管省煤器在硫酸转化系统中的应用

论述热管省煤器在硫铁矿和冶炼烟气制酸装置转化系统的应用。通过加强主风机出口和一吸塔出口至换热器的管道保温,同时适当改变各转化段及换热器的工艺参数,以提高Ⅲ或Ⅳ换热器出口三氧化硫气体温度,然后在这些部位增设热管省煤器,从而提高废热回收率。此外,在热管内放置氧化铜块,将生成的氢气氧化成水,以防止热管失效。     

水汽相变促进湿法脱硫净烟气中细颗粒物脱除的研究

结合脱硫净烟气特点,提出分别通过脱硫净烟气中加装氟塑料换热器降温、添加蒸汽、添加冷空气3种措施建立细颗粒物凝结长大所需的过饱和水汽环境,进而增强后续高效除雾器的拦截脱除效果。数值分析了3种措施的可行性,并利用燃煤热态试验平台,对比考察了不同方式促进细颗粒物脱除的效果。结果表明:典型工况下,加装氟塑料换热器、添加蒸汽、添加冷空气三种措施均可使脱硫净烟气中细颗粒物排放浓度降低35%以上;其中,加装氟塑料换热器降温措施对脱硫净烟气原始温度变化的适应性较强,细颗粒物脱除效率基本不随脱硫净烟气原始温度的变化而改变;添加蒸汽方式不适于脱硫净烟气温度较高的场合,且耗能较大;添加冷空气方式在脱硫净烟气温度较高(≥55℃)时效果显著,但所需冷空气的温度较低,存在来源困难等问题。     

高温过热器／省煤器清洗技术总结

威顿（中国）化工有限责任公司现有2套硫磺制酸装置,生产能力达2×400kt／a,转化工序采用“2＋2”转化流程。在转化器二段出口设置高温过热器／省煤器,用以回收转化气的热量。省煤器是热管换热器,分为高温段和低温段,锅炉给水与转化气通过热管进行间接换热。高温过热器高温段炉气进口温度设计为510℃,省煤器低温段炉气出口温度设计为172℃,进出口温差约为338℃。     

基于氟塑料换热器的锅炉余热回收影响研究

采用氟塑料设计了一种U型管换热器结构,通过有限元方法计算了氟塑料换热器换热性能,分析了冷媒水流速对换热器性能的影响。实验结果表明:换热器的等效传热系数可以达到40.168 W/(m~2·K)。冷媒水在内管出口的温度比入口处的温度上升了9.045℃,吸收了烟气中的锅炉余热。烟气在外管出口的温度比入口处的温度下降了6.97℃,余热得以散失。此外,氟塑料换热器的冷媒水压降、烟气压降、烟气降低温度和等效传热系数都会随着冷媒水流速的增大而增大,因而氟塑料换热器的性能随着冷媒水的流速增大而提高。     

半水煤气余热回收综合利用

余热利用是节能降耗的重要途径。造气车间联合废锅出口半水煤气温度为130℃,改造前直接进入洗气塔,热量没有利用,造成浪费。本方案在联合废锅出口和洗气塔进口加装水流动层换热器,把半水煤气温度从130℃降到70℃再进入洗气塔,换热器产生的热水驱动溴化锂机组,溴化锂机组产生的冷冻水再去冷却压缩机进口气体温度,增大压缩机的效率,提高产量,得到余热综合利用的效果,并获取良好的经济效益。     

热管废热发生器烟气流场的数值模拟

烟气驱动的热管废热溴化锂制冷机中热管废热发生器是机组损失最大的部位,为了较为精确地描绘出其烟气流动状态参数的分布,建立了热管废热发生器烟气流场的三维数值模型,其中紊流模型采用了k-ε双方程形式,然后利用SIMPLE算法,借助Fluent软件进行了模拟计算并得出了烟气流动过程中温度压力等流动状态参数的分布图。     

立式沉降冷却塔内烟气冷却的数值模拟及冷却方案改进

根据设计要求,立式沉降冷却塔需要将烟气冷却到180.00℃以下,然后用布袋进一步除尘后达标排放。但在实际运行过程中经常发生布袋被烧毁的现象,利用Fluent软件对立式沉降冷却塔的流动与传热进行三维数值模拟,结果表明:烟气经过立式沉降冷却塔后的出口温度远高于180.00℃,但可以通过改变流动方式、增加肋片高度及增加冷却空气流量等措施将烟气温度冷却到180.00℃以下。     

回路热管微通道换热器蒸发冷却实验

采用微通道换热器作为数据中心回路热管冷却换热器,在微通道冷凝器侧进行了蒸发冷却实验。实验利用焓差平台测量了不同因素对采用蒸发冷却技术的微通道冷凝器换热影响,并分析了室内外不同温差、室外不同湿度条件下采用蒸发冷却的微通道冷凝器及蒸发器的进出口空气温差。实验结果表明：采用蒸发冷却可使冷凝器入口空气温度实现大幅温降,并增加冷凝器及蒸发器的进出口空气温度差值,喷淋后可使流经热管空气降温0.3～1.9℃,增大2%～20%的系统换热量,冷凝器换热效率得以提升,并可扩大回路热管换热器使用地区,延长回路热管年利用时间。     

热管换热器耦合源模型及其场协同分析

讨论了热管换热器冷、热端共轭传热特性。根据热管内部相变传热特性,以热管内蒸汽温度作为独立变量,利用冷凝段与蒸发段热量守恒关系,将热管换热器分解成2个独立部分进行分析。针对热管壁面、冷端耦合传热特性,应用耦合源模型,借助Fluent软件计算热管换热器内流动与传热过程,并采用场协同原理对模拟结果进行分析。结果表明耦合源模型能够有效用于热管换热器、及类似结构的性能分析;耦合源模型与场协同原理结合是解决热管换热器等耦合传热及优化问题的有效方法。     

传热系数取决于管程的流量

<正> 众所周知,在管壳式换热器中热传递取决于总传热系数和管内的质量流量。但是,人们通常不知道总传热系数和管内质量流量两者的相互关系及它们影响工艺流体出口温度的准确程度。 在下面三个例子中,我们从选定的管壳式换热器开始,分析流量如何影响工艺流体的出口温度。每当流量减少,一个新的总传热系数被计算出来。根据这个新的总传热系数和变化的流量从下面能量平衡式计算出一个新的出口温度:     

平行流热管管内两相流动可视化实验研究

平行流热管换热器综合热管轴向高效换热和平行流换热器管外高效换热的优点,是一种新型的热管换热器。为了研究平行流热管工作机理及管内流动过程,搭建了平行流热管可视化实验台并对不同结构参数、不同加热功率和不同充注工质下的启动特性和传热传质规律进行了实验研究。实验结果表明：平行流热管工作机理复杂,并联管路内气柱和液柱在重力和不平衡压力的共同作用下进行互激振荡流动,并且管内出现泡状流、弹状流、环状流等多种流型,同时较高的加热功率和较大的管径会加剧工质在并联各管路之间的往复振荡,增加工质在蒸发段和冷凝段的扰动,提高热管的换热性能。     

热管换热器传热性能及温度场数值模拟

引　言热管换热器是工业领域中应用广泛、经济有效的换热设备之一 ,对其传热性能的研究一直是热管界学者普遍关注的课题 .采用传统换热器设计理论即对数平均温差法和有效度 传热单元法对热管换热器进行传热计算已有大量的文献报道[1～ 3] ,但采用数值分析的方法研究热管换热器传热性能还鲜见报道 .在热管换热器中 ,冷、热流体间的热量传递是与热管管内工作介质蒸发和冷凝的相变过程相耦合的 ,因此导致热管换热器的总体性能一方面取决于热管元件本身的性能 ,另一方面又取决于管壳间流体流动和传热的特性 ,这两方面的综合影响决定了热管换热器的数值模拟研究具有相当大的难度 .本文采用数值模拟计算方法重点研究热管换热器的传热性能及其温度场分布 ,为热管换热器内流场分布研究和工程应用提供参考1　数值计算模型的建立1 1　热管换热器传热模型假设热管换热器沿流体流动方向分成N段 ,每一段由一排性能相同的热管组成 .图 1为第j排热管传热计算示意图ig 1　Heartransfermodelofheatpipeheatexchang1 2　模型假设(1)热管换热器处于正常工况条件下2)热管换热器沿流动方向分成N段 ,每一段由一排性能相同的热管...     

折流板间距对换热器性能影响的数值研究

采用CFD数值模拟方法,研究了简化模型下弓形折流板和螺旋折流板换热器,对应于不同间距/螺距时,流动参量的变化对换热器整体流动与传热性能的影响。结果表明,两种结构对应的壳程压力损失和换热系数均随壳程流量的增加而增大,而螺旋折流板结构单位压降下换热系数大于弓形折流板,并且其性能受折流板螺距变化的影响较小,体现了螺旋折流板结构的优越性。计算结果与现有实验结论吻合较好。     

螺旋流动未充分发展段对换热器性能的影响

通过对不同螺旋角的螺旋折流板换热器壳程流体流动和传热进行研究,得出壳程进口未充分发展段的分布规律;并在考虑壳程结构特点的基础上,提出了一种新型变角度的螺旋折流板模型,改善壳程进口未充分发展段对换热器的影响。结果表明:换热器折流板的导流作用随着折流板螺旋角的增大而降低,螺旋角的增大使换热器壳程进口流体螺旋流动减弱,螺旋流动未充分发展段长度增加。变角度的螺旋折流板能够有效改善换热器壳程进口未充分发展段的作用,相同工况下通过优化变角度螺旋折流板α角,可使换热器壳程传热系数增加8.9%—9.1%,壳程压力损失增加5.8%—6.9%,综合性能增加6.6%—6.9%。计算结果为改进换热器螺旋折流板结构、强化换热器传热提供了理论依据。     

流道排列对多介质板式换热器性能的影响分析

以耗散数为目标函数,应用数值计算的方法分析了换热介质流道排列方式对板式换热器性能的影响。通过分析3～6个流道所包含的26种排列方式情况下的换热器耗散数及板间流动阻力损失变化,认为在相同的工况下,随着流道数量的增加,换热器总的压力损失呈阶梯降低的趋势;相同流道数情况下,冷热介质流道的排列形式对换热器耗散数影响较大;而相同的流道数量所对应的最小耗散数随流道数量的增加而降低,对多介质换热器性能的研究提供了一定的借鉴。