空气在立管外螺旋流动数值模拟及实验研究

立式螺旋隔板换热器是占地面积小、高效节能的换热装置,研究空气在立管外螺旋流动的传热和流阻性能可为设计螺旋隔板换热器的提供依据,经实验证明空气在立管外螺旋流动的对流换热系数是空气横掠单管的2-3倍。利用模拟软件PHOENICS对立管外空气流动进行数值模拟,将其与实验结果进行分析比较,误差低于10%,证明是实验方法的有力补充并对此进行机理分析,可为螺旋隔板换热器提供设计参考。     

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.     

空气在立式花瓣管外螺旋流动传热与流阻性能研究

试验研究了空气在5种管径相同、不同翅片高度和翅片间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热和流阻性能,分析出在试验范围内:花瓣管翅片高度相同时存在一最适宜翅片间距,使其传热性能最优;花瓣管翅片间距相同,翅片越高,其传热性能越好,而流动阻力损失也越大;管外系统压力越高,换热效果越好,且不会增加其流动阻力,这可为设计高效立式螺旋隔板花瓣管换热器提供参考依据。     

三维翅片管外螺旋流动传热强化

流体在螺旋隔板换热器的壳程类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区.在相同压降下,其传热系数比普通的弓形隔板换热器高得多.以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋隔板单管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管进行了性能对比.采用Wilson图解法分别分离出了螺旋隔板花瓣管和光滑管单管换热器的管程传热系数,并计算出各自的壳程传热系数,壳程传热系数相对误差为±3％.实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋隔板花瓣管单管换热器的Nusselt数和压降Δp分别是螺旋隔板光滑管单管换热器的2～2.7倍和1.3～1.4倍.与螺旋隔板光滑管单管换热器相比,螺旋隔板花瓣管单管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,花瓣管具有很好的传热强化性能.     

螺旋槽管管壳式换热器的传热与流阻研究

以螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了管壳式换热器壳程以气体纵向冲刷为特点的传热与流阻性能,并在相同的实验条件下,与弓形隔板管壳式换热器的传热性能加以比较,结果表明,螺旋槽管管壳式换热器可比普通弓形隔板管壳式换热器提高总传热系数48％,节省传热面积32.4％。     

螺旋隔板换热器的研究及应用

螺旋隔板换热器主要包括两种不同类型的结构形式,即没有中心管的非整体连续的螺旋隔板换热器和有中心管的整体连续的螺旋隔板换热器.本文总结了国内外学者对螺旋隔板换热器所做的主要研究工作,这包括壳程流体的动力学研究,传热与压降性能研究和数值模拟,并介绍了本实验室开发的整体连续型螺旋隔板强化管换热器在工业中的应用.最后,对螺旋隔板换热器的下一步研究工作进行了展望.     

螺旋隔板套管换热器壳程传热与压降的数值模拟

以水-润滑油换热为对象,对螺旋隔板套管换热器的壳程传热与压降性能进行了实验研究与数值模拟。通过威尔逊图解法获得了管程的传热系数,并计算出了壳程的努塞尔特准数。采用Fluent软件模拟了润滑油在螺旋隔板套管换热器壳程层流流动时的流场、温度场以及传热与压降性能。结果表明,流体在螺旋隔板换热器的壳程流动均匀,在隔板附近没有返混和流动死区,但温度梯度最大。在相同雷诺常数下,壳程的努塞尔特准数和压降模拟值分别比实验值高1.3%～8%和4%～38.1%,模拟值与实验值吻合较好。     

三维针翅片管在螺旋板换热器应用传热强化研究

将光滑管外表面进行滚压—犁切复合加工,形成了三维A型针翅片管,应用于连续形的螺旋导流板换热器中,流体在连续形螺旋导流板换热器的壳程中类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区。在相同压降下,其传热系数比普通的弓形折流板换热器高得多。文章以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管螺旋导流板换热器进行了性能对比。实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的Nusselt数和压降△p分别是光滑管螺旋导流板换热器的2.4～2.8倍和1.2～1.4倍。与光滑管螺旋导流板换热器相比,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,三维A型针翅片管具有很好的传热强化性能。     

壳程流体纵向冲刷型高效气-气管壳式换热器的传热与流阻性能的研究

本文以缩放管和螺旋槽管为强化传热管,以空气为传热介质,研究了在换热器壳程中以气体纵向冲刷为结构特征的气-气管壳式换热器的传热与流阻性能,并与弓形隔板管壳式气-气换热器在相同传热温差与传热负荷,相同气体流量与气体压降的条件下做了传热性能的比较,结果表明,缩放管气-气管壳式换热器的总传热系数要比弓形隔板管壳式气-气换热器高64.8%,可节省40%的传热面积.     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比。在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2—2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右。采用计算流体力学软件F luent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟。结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热。对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%。     

花板换热器与单弓形折流板换热器对比实验研究

折流板壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点,折流杆换热器用作冷油器时壳程Re偏低,为了克服上述缺陷,研制出一种新型的花板换热器。花板换热器中壳程流体的流动方式与单弓形折流板换热器不同,壳程流体纵向冲刷换热管,具有壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小等特点。本文通过对花板与单弓形折流板换热器的换热和流阻性能的实验比较,得到在相同的雷诺数下,花板换热器的壳程压降仅为单弓形折流板换热器的70%—80%,以单弓形折流板换热器为参照时的花板换热器综合效益比为110%—140%。     

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟

为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391～4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明：三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9%,JF因子高13.67%,综合传热性能更好。在此基础上运用耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器耗散率最小。另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量。     

螺旋隔板花瓣管油冷却器的传热强化

通过实验研究 ,比较了螺旋隔板花瓣管油冷却器和螺旋隔板低肋管油冷却器的传热和压降性能 .实验结果表明 ,螺旋隔板花瓣管油冷却器与螺旋隔板低肋管油冷却器相比 ,总传热系数提高 10 %以上 ,而压降却降低 46 %左右     

双螺旋结构螺旋折流板换热器试验研究

螺旋折流板换热器中壳程的流动方式与单弓形结构下具有很大的差别,在采用扇形板拼接而成的螺旋折流板结构中采用双螺旋结构来布置更多的折流板,减少流体在扇形板拼接处的漏流,使壳程流体流动更接近于平推流.分别以重柴油和水作为壳程介质,对普通螺旋折流板以及双螺旋结构螺旋折流板的传热性能、阻力性能进行试验研究,发现双螺旋结构在相同Re时,阻力提高9.9%和6.15%,Nu提高14.12%和11.72%,同时可以增大单位压降的Nu.     

螺旋折流板换热器研究进展

文章主要对螺旋折流板换热器的结构、性能及制造的研究进展进行了综述。螺旋折流板换热器主要有连续折流板和非连续螺旋折流板两种结构。相比于传统弓形折流板换热器,螺旋折流板换热器具有传热性能好,壳侧压力降小,抗振动,防止结垢,气固分离性能良好等优点。螺旋折流板制造加工相对困难,未来研究重点是简便、可靠的设计制造方法。     

螺旋叶片折流板换热器的壳程传热性能研究

为研究螺旋叶片折流板换热器壳程传热性能,通过FLUENT数值模拟,对螺旋叶片折流板换热器壳程的压力场、温度场和速度场进行了分析。比较了换热器性能参数的模拟值和实验值,各性能参数模拟值和实验值的比值趋势基本一致。研究结果表明,模拟范围内,折流板间距越小、螺旋角度越大的情况下,螺旋叶片折流板换热器的综合性能最优。     

换热器结构优化与换热性能评价指标研究

某运载器中冷却器存在若干问题：壳侧压力损失较大;采用的弓形折流板结构使得壳侧工质呈现出Z字形流动,在折流板后易形成流动死区,促使壳侧结垢,使得换热器总传热性能降低。提出了两种针对壳侧结构的强化换热设计方案。方案一为减少弓形折流板数量、增加折流板间距;方案二为采用螺旋折流板替换原有的弓形折流板。为验证文中采用的热力设计方法的准确性,根据文献中的实验结果针对弓形折流板和螺旋折流板管壳式换热器热力设计方法进行了验证,结果表明文中采用的热力设计方法得到的计算数据与实验结果的偏差在37%以内,满足工程设计需求。优化方案根据优化参数不同,其优化结果有所不同,基本存在以下规律：优化设计可使换热器管壳两侧总压降减小,但同时其换热性能也下降。因此,需要一个综合指标来进行评价。文中提出以换热量Q与换热器流动阻力引起功耗的比值作为综合性能评价指标。该指标表示换热系统克服换热器流动阻力消耗单位泵功下的换热量,其值越大,单位泵功下换热量越高,经济性越好。经过计算发现最优方案相对原始方案,综合评价指标提高了约22.2%。