三种管壳式换热器传热与流阻性能对比实验研究

弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在流动阻力大和传热死区大等缺点,折流杆换热器壳程流体纵向流动,但当壳程流体雷诺数Re较小时传热性能不佳。为克服上述缺点,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,该换热器壳程流体总体呈纵向流动,局部区域流体倾斜冲刷换热管束。对斜向流换热器与折流板换热器和折流杆换热器传热与流阻性能的对比实验研究表明,在同等壳程流体流量下,斜向流管壳式换热器的传热系数、压降和综合性能均介于折流板换热器与折流杆换热器之间。研究结果为管壳式换热器升级换代提供了一种新技术和新装备,也为热力系统中换热器选型和结构优化设计提供了重要依据。     

纵流壳程换热器层流流动三维数值模拟

根据纵流壳程换热器的结构特点和流动特点，提出其简化的物理模型；基于粘性流体力学基本方程，采用计算流体力学和数值传热学方法，对纵流式换热器的运行工况进行简化和假设，建立了壳程层流流动与传热的数学模型。为改进收敛性和提高计算精度，用算子分裂法和二阶时间精度离散格式等改进算法，用三维等参单元导出了离散化非线性控制方程组，编制了数值模拟程序，对纵流式换热器壳程的流场进行了数值模拟研究。并利用两维激光多普勒测速仪对纵流壳程换热器7个截面上壳程流体的流速进行了测试，将数值解和实验解进行比较，验证了数值模拟的正确性。     

基于单元流道模型的三叶孔板换热器热力性能研究

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。建立了三叶孔板换热器壳单元流道模型,利用商用软件FLUENT 14.0及三种湍流模型对换热器壳程流体流动及传热性能进行数值模拟,通过与试验对比优选了湍流模型。分析了其壳程流体流场和温度场的分布情况及支撑板间距、三叶孔孔高等结构参数对三叶孔板换热器传热和阻力性能的影响。在此基础上,进一步与整体模型的计算结果进行了比较。结果表明:采用可实现k-ε湍流模型的计算结果更为准确;壳程努赛尔数和阻力因子随支撑板间距和开孔高度的增大而减小;综合考虑相关因素,单元流道模型是研究纵流壳程换热器传热与阻力性能的一种可行且高效的模型和方法。     

倾斜折流栅式换热器壳程热力特性研究

为提升常规斜向流换热器的壳程传热性能,提出了一种倾斜折流栅式换热器。采用CFD分析软件FLUENT,标准k-ε模型方程对两种斜向流换热器的壳程热力特性进行了数值研究,并运用场协同原理分析了斜向流换热器的强化传热机理。结果表明:随着折流栅倾斜角的降低,壳程传热系数、压降、综合性能升高,但随着倾斜角的继续降低,如在(60~70)°范围内,壳程传热系数和综合性能基本保持不变;倾斜折流栅式换热器能够提高壳程局部纵向流场的流速,增加壳程流体整体的斜向流程度和速度场与温度场的协同性,强化换热。倾斜角为70°时,倾斜折流栅式换热器较常规斜向流换热器壳程传热系数和综合性能分别提高(7.54~7.66)%和(6.29~6.45)%。研究结果为斜向流换热器的结构优化和推广应用提供了理论依据。     

曲面弓形折流板换热器壳程压力降的数值模拟

采用Fluent软件数值模拟了一种新型折流板换热器——曲面弓形折流板换热器壳侧流体的流动状态,计算了壳程压力降,并与普通弓形折流板换热器进行了比较。结果发现:在流量一定的情况下,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降明显低于普通弓形折流板换热器的壳程压力降,而且随着曲面折流板曲率半径和折流板圆缺口高度的减小,曲面弓形折流板换热器的壳程压力降降低的百分比增大。     

基于三维实体模型的管壳式换热器壳程流场和温度场数值研究

根据管壳式换热器的结构特点,采用基于管壳式换热器真实三维实体模型的几何建模方案,提出了管壳式换热器周期性全截面计算模型,实现了具有复杂壳程结构的管壳式换热器的数值模拟,克服了现有数值模拟建模方式的一些不足,为再现和模拟管壳式换热器壳程的真实流动状况,以及分析各种构件对壳程流体流动和传热性能的影响提供了良好的辅助手段。在综合考虑折流杆换热器壳程流体流动与传热的多方面影响因素下,提出了对折流杆换热器周期性单元流道模型的修正算法,改进和完善了折流杆换热器周期性单元流道计算模型的实用性和适用性。     

高效管换热器壳程传热强化效果及机理

采用数值模拟的方法研究几种高效管换热器壳程传热强化效果和机理。结果发现,在所研究的雷诺数范围内,相比于传统光滑换热器,螺旋波纹管、圆弧波纹管、波节管、锥纹管换热器的壳程努塞尔数分别提高26.2%～46.72%,11.01%～28.74%,9.55%～25.13%,7.52%～24.75%。螺旋波纹管的壳程压降高于光滑管,而其他三种波纹管的壳程压降却略小于光滑管。高效管波纹结构对壳程纵流和横流传热影响不同,同种管型相比,折流板缺口区域高效管壳程传热性能高于非缺口区域高效管,而折流板缺口区域光滑管壳程传热性能却略低于非缺口区域光滑管;和光滑管相比,折流板缺口区域高效管壳程局部传热系数明显提高,而折流板非缺口区域高效管壳程局部传热系数变化较小;高效管换热器壳程传热性能高于光滑管换热器,其主要原因是高效管在以纵流为主的折流板缺口区域具有较高的传热性能。     

椭圆管管壳式换热器壳程传热性能的试验研究

通过试验方法对椭圆管换热器与螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和压降的研究,同时进行了壳程传热性能和压降的对比。从试验数据处理中得出,椭圆管换热器的传热系数虽然不高于采用圆管作为换热管的螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热系数,但其单位压降下的壳程传热系数却远远高于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器单位压降下的壳程传热系数。     

折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h．壳程总压降△p以及单位压力损失下的传热系数h／Ap作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降△p以及h／Ap随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明：随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h／Ap减小：在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h／Ap,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度。可提高换热器的换热性能。     

折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h,壳程总压降Δp以及单位压力损失下的传热系数h/Δp作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降Δp以及h/Δp随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明:随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h/Δp减小;在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h/Δp,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度,可提高换热器的换热性能。     

基于经济流速的管壳式换热器优化设计

基于换热器总费用最低的原则,在初定换热器结构形式后,提出了一种计算最佳流速,进而优化换热器设计的方法。使换热器在比较经济的条件下运动,为企业创造更大的经济效益。     

New optimization method, the algorithms of changes, for heat exchanger design

Heat exchangers are widely used in the process engineering such as the chemical industries,the petroleum industries,and the HVAC applications etc.An optimally designed heat exchanger cannot only help the optimization of the equipment size but also the reduction of the power consumption.In this paper,a new optimization approach called algorithms of changes (AOC) is proposed for design and optimization of the shell-tube heat exchanger.This new optimization technique is developed based on the concept of the book of changes (I Ching) which is one of the oldest Chinese classic texts.In AOC,the hexagram operations in I Ching are generalized to binary string case and an iterative process,which imitates the I Ching inference,is defined.Before applying the AOC to the heat exchanger design problem,the new optimization method is examined by the benchmark optimization problems such as the global optimization test functions and the travelling salesman problem (TSP).Based on the TSP results,the AOC is shown to be superior to the genetic algorithms (GA).The AOC is then used in the optimal design of heat exchanger.The shell inside diameter,tube outside diameter,and baffles spacing are treated as the design (or optimized) variables.The cost of the heat exchanger is arranged as the objective function.For the heat exchanger design problem,the results show that the AOC is comparable to the GA method.Both methods can find the optimal solution in a short period of time.     

管壳式换热器设计及软件开发

传统管壳式换热器的设计工作量大、效率低,设计方法比较粗糙,设计偏差较大。本文基于VB6.0编程语言,使用分段设计方法,开发出了管壳式换热器设计软件,该设计方法将换热器按照管壳程结构分为有限个单元,根据工艺条件,求解单元温度分布,依次对每个单元进行设计,进而完成整台换热器的设计,该方法充分考虑了介质物性随温度变化对设计的影响,设计结果与HTRI对比,误差很小。本软件可根据需要进行选型设计,也可以以总传热系数与总压降的比值K/ΔP为评价标准,选取性能最高的换热器结构,完成优化设计。     

机载换热器设计

换热器是液冷系统的重要设备,在特种飞机上安装使用是一项新应用,其研制经验值得总结和提炼,以便为新型机载换热器优化设计和换热器设计规范的拟制提供参考。文中简要介绍了换热器的工作原理,从设备选型、主要技术参数的计算和要求、结构设计、表面处理等几个方面阐述了机载换热器设计技术和方法,指出了换热器研制生产的关键技术及解决途径。依据文中介绍的技术和方法设计的换热器实现了小批量生产,在某型多架特种飞机上得到应用,获得了良好的使用效果,验证了换热器设计技术和方法的正确性。相应的研制经验值得推广,以便更好地指导机载换热器的设计。     

管壳式换热器的优化设计

管壳式换热器的优化设计,由于我含的设计参数较多,难度较大,为此需要寻找一种简单可靠的方法。本文将换热器年净收益最大原则,导出了管壳式换热器最佳传热效率的计算式,进而求出最佳传热量、最佳传热单元数,最佳的热面积等参数。     

乙烷炉急冷换热器失效分析及修复

分析了茂名石化公司乙烷炉急冷换热器的结构特点及该设备在开工过程中误操作导致的稳破坏的原因，制订了修复方案，并通过修复技术攻关，确保了修复质量。投用运行几年来表明，该设备安全能满足工艺生产的要求，对今后类似设备防止误操作破坏及结构设计改进、失效破坏的修复，具有参考价值。     

优化设计及技术方案的经济可比性

采用优化设计的方法,能使工程的各个组成环节之间互相协调、互相配合;能使技术上先进、经济上合理、运行中可靠、时间上节省;能从多个方案中选出最优方案,能为决策提供理论依据.这就要求工程技术方案进行经济效果比较时,必须具备或确立一定的可比性.     

新型同轴套管式换热器强化传热研究

同轴套管式地热能开采技术是用于中深层地热能开采的有效方式。为了增强同轴套管式换热器的换热效率,提出了一种带螺旋翅片的新型同轴套管式换热器。基于有限体积法,对比分析新型与普通型同轴套管式换热器的换热性能,得到螺旋翅片结构对换热性能的影响,揭示其强化传热机理。结果表明：通过增加螺旋翅片的翅高或减小螺旋翅片的螺距,可有效增强同轴套管式换热器内流体流动的湍流动能,达到提高换热性能的目的;与普通光滑管换热器相比,翅高为19 mm,螺距为300 mm的新型换热器在雷诺数为27000时,努赛尔数提高了35.5%,摩擦系数提高了91%,热性能系数达到最高1.093;增加翅片和减小螺距都可以增加采出温度和采热功率,翅高为19 mm,螺距为300 mm换热器较光滑管换热器采热温度提高了5.4 K,采热功率提高了32.4%。为高效同轴套管式换热器设计提供了理论依据。     

螺旋折流式换热器的直接设计方法

直接设计方法是一种先进的换热器设计方法，当换热器的局部几何特征可以代表整体的几何特征时，便可以应用此方法。此方法从有规律的换热器局部几何特征出发，通过计算以及推导确定换热器壳程、管程的允许压力损失以及总的传热量限制条件下管长对管数的关系式，将三个关系式绘制于同一图中来确定设计区域，从而进行后续的设计计算。本文运用此方法，对螺旋折流式换热器进行了简单的设计。