大型相变热交换器壳程蒸汽流动数值模拟

在大型相变热交换器壳程添加纵向导流板结构,采用Fluent软件对壳程蒸汽流动进行数值模拟计算,分析研究纵向导流板尺寸对热交换器壳程流场分布、阻力性能、传热性能及综合性能的影响规律。数值模拟结果表明,因纵向导流板使蒸汽纵向冲刷管束,充分利用整个管束区进行热交换,故热交换器壳程蒸汽流场分布及换热效果较无导流板更好。采用纵向导流板结构可显著降低热交换器壳程压降、明显提高热交换器传热系数,使热交换器的综合性能得到有效提高。     

换热器壳程三维数值模拟及场协同分析

为了分析换热器整体场协同关系,利用多孔介质分布阻力模型和换热器核心模型,采用三维数值计算的方法研究管壳式换热器的流动与传热,分析了换热器壳程场协同和传热效率的关系,以及壳程纵向流动和横向流动的场协同角随流速的变化规律,为优化换热器设计提供了理论基础。     

纵流式换热器壳程层流流动与传热的数值模拟

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和温度场进行了数值模拟研究 ,得到换热器内流体流动状态和热流分布 ,并分析了支撑结构的参数变化对流体流动和传热的影响。数值计算结果和实验数据吻合较好 ,该模型能有效地模拟纵流式换热器壳程流动与传热特性     

异型热管混排及结构优化强化传热数值模拟

应用FLUENT对异型热管在热管热交换器的强化传热进行了数值模拟研究。首先研究了异型热管混排对热管热交换器传热性能的影响。然后应用正交实验,以Nu最大为目标函数研究其传热性能,对混排热管在热管热交换器中的结构进行优化,得出了最优结构形式组合,并用Table curve拟合出热管内部Nu在热管热交换器位置上变化的精确函数关系式。     

纵向多螺旋流管壳式换热器的数值模拟与优化

利用Fluent软件,对插入不同开孔尺寸螺旋扭片的纵向多螺旋流管壳式换热器的壳程流体湍流流动和换热进行了三维数值模拟。结果表明,壳程流体的流动形式与螺旋扭片的螺旋结构很相似,是分成若干流束分别沿着不同的螺旋扭片流动,这样可以提高壳程流体的湍动强度,从而有效地减薄壁面层流底层的厚度,有利于强化传热。对相同尺寸参数的换热器进行试验研究,并与模拟结果进行对比,得出如下结论:当螺旋扭片尺寸为L=100 mm、do=8 mm时,纵向多螺旋流管壳式换热器具有最好的强化传热性能;模拟结果与试验结果误差在±12%以内。     

扭曲管热交换器壳程性能数值模拟及其计算公式拟合

基于数值模拟软件FLUENT,对扭曲管热交换器及壳程传热和流阻性能进行了分析研究,并与弓形折流板式热交换器进行了对比。计算结果表明,扭曲管热交换器充分利用了壳程空间,其性能优于弓形折流板热交换器。在相同的流速下,扭曲管热交换器的压降是弓形折流板热交换器的1/3~1/4,综合性能参数是弓形折流板热交换器的3倍左右。对扭曲管热交换器性能参数进行了公式拟合,可对相关研究及生产提供一定的参考。     

管壳式换热器壳程传热性能比较

采用标准k-ε湍流模型并辅以壁面函数法,对弓形折流板换热器、盘环形折流板换热器、折流栅换热器和螺旋扭曲扁管换热器壳程流动与传热情况进行了数值研究。根据数值计算结果比较分析了这4种管壳式换热器壳程传热系数、壳程压降和整体性能指标α/Δp随质量流量的变化情况,对管壳式换热器的优化选型具有一定的实际意义。     

圆形板片板壳式热交换器结构及特性分析

介绍了圆形板片板壳式热交换器的发展现状、结构特点以及传热和阻力性能,并与方形板片板壳式热交换器进行了对比,分析了圆形板片板壳式热交换器的优缺点及其应用前景。     

杆式防冲结构对管壳式热交换器性能的影响

传统防冲结构--防冲板因其结构简单、适用性强等优点应用非常广泛,但是防冲板的引入也带来了热交换器壳程压降增高以及热交换器综合性能系数降低等问题,通过对防冲结构进行改进以提高热交换器综合性能,减少其能耗损失具有重要意义。采用美国HEI设计中提到的防冲杆作为防冲结构,通过建立相应的物理模型,分别对加装防冲板和防冲杆作为防冲结构的管壳式热交换器进行数值模拟,比较2种不同防冲结构对壳程流场的影响。研究结果表明,在所研究的进口流速范围内,管壳式热交换器防冲杆结构相比于防冲板结构,壳程平均传热系数仅降低0.9%,壳程压降平均降低20.48%,综合性能系数提升23.35%。     

基于流场分析的管壳式换热器腐蚀研究

在管壳式换热器的失效形式中,腐蚀失效占有非常大的比例。通过建立管壳式换热器三维流域模型,并基于计算流体力学(CFD)方法,采用FLUENT软件对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行三维数值计算,得到换热器壳程内温度场、压力场、气液两相分布云图以及速度场分布矢量图。在此基础上,分析了管壳式换热器的腐蚀位置及腐蚀机理,结果表明:在换热器壳程折流板附近流体的冲刷以及液相组分的形成与堆积加剧了换热器的腐蚀,其腐蚀受到多种因素的共同作用,通过对数值模拟结果分析而得到的腐蚀位置与现场设备腐蚀位置大致吻合。基于流场对管壳式换热器的腐蚀分析可以为换热器的腐蚀防护工作提供理论基础。     

圆弧形凸台板式热交换器传热及流阻性能数值分析

采用计算流体动力学模拟方法,对板式热交换器圆弧形凸台板片进行数值模拟,并将烟气出口温度模拟结果与相关文献中的试验数据进行比对分析,验证了数值模拟的准确性.运用Fluent软件,对圆弧形凸台板片烟气侧传热和流阻性能进行数值模拟分析.不同凸台倾角时流道内温度场和压力场的分布情况表明,随着凸台倾角的减小,热交换器传热效果变好...     

波纹管与缩放管传热性能比较及场协同分析

利用FLUENT软件对波纹管、缩放管和光管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明波纹管有较好的综合强化传热性能。应用场协同理论分析了波纹管、缩放管强化传热机理,发现在波纹管波峰下游处,温度梯度和速度场之间的夹角变小,纵向速度场和温度梯度场更加均匀,协同程度最好,从而强化传热。通过实验验证了数值模拟的可行性。     

核电站设备冷却水系统热交换器传热性能试验方法研究

设备冷却水系统热交换器传热性能是核电厂运行期间需要监测的一项重要参数。为了解决当前已有试验方法不确定度较大的问题,根据典型CPR1000机组配置,采用热交换器传热模拟计算方法和误差传递计算方法,开展热交换器传热性能试验方法研究。研究发现,出口温度法优于其他试验方法,在热交换器的主要工作区间,由于热负荷远小于设备设计值,所有试验方法的不确定度都偏高。给出了对在役核电厂的建议,应结合试验特点和电厂生产计划优化试验时机的选择,并且将试验测量安排在就地仪控系统,以减小试验的不确定度,降低试验结果无效的可能性。开展污垢热阻与运行时间和热交换器压差之间定量关系的研究,对降低在役核电厂试验频率具有重要意义。     

新型螺旋折流板热交换器壳程传热性能数值模拟

通过Fluent数值模拟,比较了2种螺旋折流板热交换器的传热和流动性能,着重对比了不同流速下,新型螺旋折流板热交换器和传统螺旋折流板热交换器的性能参数及特征。结果发现,新型螺旋折流板热交换器的传热性能优于传统的螺旋折流板热交换器,在模拟范围内,随着流速的增加,传热优势最高可达10％,表现出较好的传热效果,但同时压降增大,需要引起注意。     

插入物对新型换热器传热性能的影响

在新型换热器--自支撑矩形缩放管换热器的基础上,利用Fluent数值模拟方法,研究了在其壳程内分别插入传统插入物(旋流片)和新型插入物(折板)后传热性能与流动特性的变化,研究的雷诺数(Re)变化范围为27900~41900。结果表明,与空管缩放管换热器相比,插入旋流片和折板的换热器壳程的传热系数随Re的增大分别增加了31.07%~33.08%和38.01%~46.74%;插入物在提高传热系数的同时也引起了通道内压降的增大,插入旋流片和折板时通道内压降分别增加了69.32%~77.42% 和 68.49%~87.16%;插入折板后壳程通道内的综合传热性能最好,其次是插入旋流片的,无插入物时则最差。提高换热器传热性能的关键是要改善通道两侧缩放管处的传热性能,减小速度场与温度场间的协同角是增强换热器传热性能的一项重要措施。     

热管传热性能对小型热管换热器散热效能影响

在零重力辅助下,小热管热阻是小型热管换热器散热效能的重要影响因素之一。基于集总参数法对于换热器系统数值计算的高效性思想,建立了热管、热管换热器的集总参数模型。对同一热管换热器选用不同传热性能的热管,在不同传热温差和流体质量流速下,就其散热效能进行了数值计算。计算结果表明,在零重力辅助下,热管换热器管内热阻存在一临界值Rcri。当热阻RHP≤Rcri时,管外热阻起主导作用,热管换热器的散热效能εh几乎不随热管管内热阻的值而变化。     

振动圆管内对流传热特性及场协同分析

采用FLUENT动态网格技术,研究了某型固定管板式热交换器两折流板间换热圆管在振动条件下管内流体的流动与传热特性,分析了不同振动参数对传热性能的影响。在文中计算工况下,数值计算结果及场协同分析表明,振动能强化传热,且其传热效果随振动频率和振幅的增加而增强,传热强度最多提高71％。在半周期内,时相位为90°时管内传热性能最好。在同一振动参数下,雷诺数越小,强化效果越好。对每一来流速度,存在临界振幅和频率,低于临界值不能强化传热。     

空-空热管式中冷器设计与热力性能试验研究

依据热管式换热器的特点,编制了空-空热管式中冷器的设计程序,并设计了试验用热管式换热器样件对该设计程序进行试验验证。利用通用的传热系数计算公式程序所得的计算值与试验所得的实测值变化趋势基本一致,说明所编制的计算程序是实用和可靠的。根据试验结果对设计程序进行了修正,热空气出口温度最大偏差为0.5℃,热流量最大偏差为7W,表明修正后程序的计算结果与试验结果吻合较好。用试验数据分析了欧拉数与雷诺数的关系,拟合得到适合空-空热管式换热器的阻力计算的准则方程式,压降修正结果与实测值最大偏差为31.39Pa,误差不超过6%,说明在中冷器设计程序中可以利用拟合公式较好的分析压降。     

多股流板翅式换热器的优化设计

研究了多股流板翅式换热器最优设计的问题,建立了以传热面积为目标函数的优化模型,该模型考虑了局部热负荷平衡的问题,同时针对多股流板翅式换热器的优化设计,对有关相平衡模型,传热模型等进行了分析。实例优化计算结果表明,优化设计可使多股流板翅式换热器在满足给定的约束条件下,节约大量的传热面积。优化模型具有概念明确、方法简单的特点。