立式花瓣管外空气螺旋流动传热及流阻性能研究

螺旋隔板花瓣管换热器具有优异的换热性能,但由于目前基础数据不足,螺旋隔板花瓣管换热器的应用还未能普及,研究花瓣管几何结构参数对换热过程的影响规律及传热机理,可为该类型换热器提供设计依据.今在实验中通过采用空气在缠绕金属螺旋片的换热管外套管环隙中的换热来模拟螺旋隔板换热器的换热过程,研究了空气在缠绕螺旋片的立式光滑管和不同翅片高度与间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热与流阻性能,分析了花瓣管翅片高度和间距等主要几何结构参数以及管外空气流速对传热与流阻性能的影响.实验结果表明:翅片高1.5mm、间距1.0mm的花瓣管具有最佳的传热性能,花瓣管外空气对流换热系数是光滑管的1.48～3.24倍;在实验范围内,随着空气流速的增加,花瓣管外空气对流换热系数与流动阻力也相应增加,但综合换热性能下降并在空气流速为36.0～42.2m·s-1时达到最低值.     

矩形槽聚合物微型换热器流动及换热性能评价

主要以矩形槽聚合物PPS微型换热器为研究对象,从矩形槽结构的长径比,当量直径,孔隙率以及高宽比四个方面,利用CFD软件进行模拟计算,得到努谢尔数及阻力系数,进而对聚合物微型换热器的流动及换热性能进行评价,得到结构参数对其流动及换热性能的影响规律。     

水煤浆螺旋折流板预热器的流体力学和传热性能的数值模拟

有研究表明对入炉前的水煤浆进行预热可以提高其气化效率,今利用数值模拟方法,采用非牛顿流体Bingham模型,计算并比较螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器预热水煤浆时的流动换热性能。研究螺旋折流板换热器用于水煤浆预热的可行性以及螺旋角、搭接度对其流动换热性能的影响。结果表明:以单位压降的温升作为流动换热综合性能评价指标,螺旋折流板换热器更适于预热水煤浆。对螺旋折流板换热器,螺旋角和搭接度的变化对壳侧温升影响不大,而螺旋角的增大或搭接度减小能使壳侧压降明显降低。大螺旋角和小搭接度的换热器用于水煤浆预热时的流动换热性能更好。在螺旋角18°～40°、搭接度0%～50%,40°螺旋角,0%搭接度的螺旋折流板换热器的流动换热性能最好。研究结果可为选择水煤浆预热器的型式和结构参数提供参考。     

弓形折流板换热器壳程流体流动过程模拟及结构优化

折流板的结构参数是决定换热器性能的重要指标.采用传统弓形折流板,对折流板不同板距和不同缺口高度条件下换热器壳程流体的流动过程进行数值模拟.研究了换热器壳程流体的流动行为,全面分析了折流板结构参数对壳程流体流动、停留时间分布及压降的影响;综合考虑设备的能耗和性能,提出了折流板结构参数的合理取值范围,为工业上弓形折流板换热...     

板翅式换热器波纹翅片性能数值模拟及其优化

为提升板翅式换热器的综合性能,采用数值模拟方法,研究分析了翅片结构参数对板翅式换热器波纹翅片的流动传热特性和承压能力的影响。研究结果表明:波纹尺度对换热性能和流动阻力影响最大,而翅距和翅厚对翅片承压能力影响最大;波纹翅片结构参数主要通过改变换热面积和流速,以及加剧流体内部搅混来改变流动换热特性,其中加剧流体内部搅混为主要影响途径。结合动态Kriging响应面和遗传算法进行结构优化得到3组翅片结构参数,相较于常用结构,优化后翅片JF因子可提升5.8%～7.8%,而最大应力可降低7.3%～22.8%。研究结果可以为板翅式换热器波纹翅片的优化设计提供理论指导。     

缠绕管式换热器壳程高黏度流体流动及换热性能强化研究

为解决高黏度介质在缠绕管式换热器等紧凑型换热器中换热效率较低的问题,提出了一种新型扰流元件,流体在壳程管束间的流动形式为多圆柱扰流,此扰流元件可影响管束形成的尾流场,改变流体在壳程的流动形态,进而增强高黏度流体的综合换热性能。通过数值模拟方法计算得到新型结构壳侧努塞尔数相比于传统结构可提高5.1%～8.4%,摩擦因子升高1.3%～3.3%,综合换热性能可提高4.6%～5.2%,并进一步研究了扰流元件各结构对目标参数的影响。以上研究对改善高黏度介质在缠绕管换热器内的流动及换热性能提供理论依据,拓宽了紧凑式换热器的应用范围,使得高黏度介质在紧凑式换热器中同样可以达到理想的换热效果。     

螺旋折流板与弓形折流板换热器性能的数值模拟

针对弓形折流板、连续螺旋折流板换热器,采用FLUENT软件,k-ε湍流模型,通过数值模拟的方法比较了4块挡板的弓形折流板换热器和4个螺旋的螺旋折流板换热器的壳程流动与换热性能。结果表明:弓形折流板换热器流动湍动程度强,换热系数更大;螺旋折流板换热器壳程流动呈螺旋状,流动阻力更小;比较单位压降换热系数,螺旋折流板换热器综合性能优于弓形折流板换热器。     

三叶孔板换热器热力性能及其影响因素分析

建立了三叶孔板换热器壳程周期性全截面模型,利用商用软件Fluent14.0及RNG k-ε湍流模型对8种不同结构参数的换热器壳程流体流动及传热性能进行数值模拟。分析了支撑板间距、三叶孔孔高、导流筒结构形式等结构参数对三叶孔板换热器传热及阻力性能的影响,并对比不同结构换热器的综合换热性能。结果表明：壳程传热系数与压力梯度都分别随着支撑板间距和开孔高度的增加而减小,且支撑板间距和三叶孔孔高对三叶孔板换热器壳程压降的影响大于其对传热的影响;六边形结构的导流筒换热器换热性能优于圆形导流筒换热器;8种换热器模型中,支撑板间距400mm、三叶孔高3.3mm（模型4-2）的换热器综合性能最好,支撑板间距400mm、三叶孔高1.8mm（模型2-2）的换热器综合性能最差。     

矩形通道内螺旋曲面肋的强化传热及其结构优化

研究换热器的矩形通道内设置螺旋面肋用来强化换热器的传热能力,利用Fluent仿真软件来数值模拟分析在不同结构参数(螺旋角度θ、迎流攻角β、肋横向间距P t、肋宽与肋纵向间距比v=b/s、排列方式)下,螺旋面肋对换热器传热性能以及通道内流体阻力的影响。采用正交试验优化设计螺旋面肋的结构参数,确定螺旋面肋的最佳结构参数,并实验测试在该结构参数下换热器的换热性能。数值模拟与实验结果表明:在Re=5 000,θ=35°,β=60°,P t=13 mm,v=0.65,排列方式为叉排时,换热器的综合换热性能最好。而且,实验测出优化型换热器的表面总换热系数K和压降Δp比普通型分别提高了65.7%和30.3%。     

一种考虑综合性能优化的换热器热设计方法(二)

给出一种换热器热设计的新方法。该方法综合应用了给定换热表面而使得换热量最大的最佳结构尺寸关系式、给定换热器结构材料而使得传热量最大的两侧换热表面的最佳匹配关系式以及使可用能损失率最小的换热过程最佳运行参数关系式等三个准则方程,同时利用换热器两侧流动换热过程的流动与换热的准则关系式,并在设定换热(传热)热流密度和选定换热器某个结构尺寸与组成方式的基础上采用迭代的方式完成换热器的优化设计。这样的设计方法能使换热器的设计达到材料省、换热效果好及运行费用低的目的,且能在设计阶段实现。这些都是传统的对数平均温差法(LMTD)和效能传热单元数法(ε-NTU)所不能做到的。由于设计变量数目的明显减少而给设计者带来极大方便,也有效地减少了人为干预的因数。     

紧凑式换热器的设计与优选系统

紧凑式换热器设计与优选系统包括对板式、板翅式、螺旋板式、热管式、翅片管式和管壳式换热器6种换热设备的热力、结构设计和强度校核计算,并综合考虑原材料购置、设备磨损以及电力消耗等相关因素进行了经济分析,直观给出了对应设备的性能参数和结构尺寸示意图,便于设计人员进行比较优选。该系统在编程上采用模块结构。     

The Optimum Heat Transfer Area of the Air Precooler in a Two-Stage Evaporative Cooler

The main objective of this study is to experimentally evaluate the effect of the air precooler heat transfer area on the effectiveness of a two-stage evaporative air cooler. To the best of our knowledge, this effect has not been studied before. In the experimental unit used, there were three identical heat exchangers to precool the ambient air prior to its flow into the direct evaporative cooling unit. These heat exchangers can work individually or be combined to control the total heat transfer area of the air precooler. In addition, the effectiveness of the two-stage system was measured as a function of the ratio between the mass flow rate of water flowing over the packing and the mass flow rate of the dry air passing through the packing; the effectiveness also depends on the mass flow rate of water flowing into the precoolers. The data obtained showed that there is an optimum value for the air precooler heat transfer area at which the thermal performance of the two-stage evaporative cooler has the maximum value. Moreover, the system effectiveness improved with the rate of flow of water into the first and the second precoolers. Note that the optimum value of the precooler heat transfer area should be determined accurately for each set of design and operating conditions.     

折流杆换热器抗振性能的分析

对折流杆换热器抗振性能进行剖析,指出折流杆换热器的抗流体诱导振动性能取决于壳程流体流场的基本性质,而不在于其对管子的支承方式。进而指出折流杆换热器的抗振缺陷,并提出了相应的防振措施。     

人字形板式换热器双流道模型的温度场数值模拟

应用数值计算软件fluent对人字形板式换热器进行温度场的数值模拟,模拟采用双流道形式,冷、热流体分别从上、下两个流道进入换热器进行热量交换,分别得出了冷、热流体的各自通道的温度分布,结合前人的研究结果,给出了人字形板式换热器的传热数据,从而使人字形板式换热器在传热参数上得到优化。研究表明,温度场在平行于进口速度方向上,温度梯度变化明显,层次较为清楚;在垂直进口速度方向上,温度梯度变化较平行时要低,层次不明显。     

一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标

以热力学第二定律为基础 ,提出了一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标———单位传热量的熵增率 ,讨论了洁净状态下的传热单元数Ntuo、冷热流体热容率比R、冗余面积a等参数对换热器在考虑污垢时的传热性能的影响 ,并把不同流型换热器的评价结果进行了比较     

螺旋折流板换热器流动与传热数值模拟

应用Fluent软件,建立了螺旋折流板换热器壳程通道的三维物理模型,采用RNGκ-ε模型,对壳程内的流动与传热进行了数值模拟,得到了换热器内的速度场和压力场分布情况。通过实验测试,将模拟结果与实验结果进行比较,并根据单位压降下的传热系数对比了螺旋折流板换热器与弓形折流板换热器的性能差异。     

隔板高度对螺旋隔板套管换热器的影响

采用计算流体力学方法对螺旋隔板套管式换热器壳侧的传热和阻力特性进行模拟,建立了螺旋升角为40o、螺旋隔板高度分别为b, 3b/4, b/2, b/4和b/8 (b为螺距)的换热器模型,分析了螺旋隔板高度对壳程流体传热的影响. 结果表明,相同壳程工质体积流量下,换热器的壳程总换热量、换热系数和阻力系数随隔板高度增加而增加,单位长度压降随隔板高度增加而减小. 隔板高度为b, 3b/4和b/2时比隔板高度为b/8时的换热系数分别提高7.83, 3.68和3倍,壳程进出口压降分别减少98%, 97%和95%,但阻力系数却分别提高34, 15.3和5.3倍. 为提高螺旋隔板强化单管换热器的壳侧综合换热性能,其隔板高度应为1/2b~3/4b.     

基于智能预测和机理模型的换热网络清洗决策

原油石化装置的换热器常受到结垢影响,导致换热器性能衰退严重,换热网络性能也会随之衰退,同时换热器之间的耦合关系,导致不同换热器的性能衰退对换热网络整体性能变化的影响不同。以往的清洗决策主要是根据单台换热器性能衰退到一定程度来制定的,这会导致换热网络整体可能处在较差的运行状态。因此,本文提出一种基于智能预测和机理模型的换热网络清洗决策方法,基于换热器的运行数据建立智能预测模型,获得换热器性能变化趋势,结合换热网络的性能模拟模型,进一步获得换热网络的性能变化趋势,从而从换热网络整体性能变化的角度来制定清洗方案。研究表明,对收集到的原油换热器运行数据,建立神经网络预测模型,具有较好的预测精度。通过对原油精馏装置换热网络的案例分析,当HE1、HE2和HE5三台换热器同时发生性能衰退时,换热网络年度公用工程能耗费用将增加12.1%。与传统基于单台换热器性能衰退情况制定的清洗方案相比,从换热网络整体性能衰退角度制定的清洗方案,年度额外公用工程费用减少13.1%,损失费用减少14.1%,年度总费用减少13.8%,而清洗次数仅增加3台次。     

新型高效螺旋扁管换热器的设计与应用

介绍了螺旋扁管换热器的传热强化原理,进行了该设备的传热计算和结构设计。其良好的传热及抗结垢性能适合于高粘度流体的换热要求。