分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型

为预测海上浮式天然气生产储卸平台(LNG-FPSO)中绕管式换热器的动态特性,建立了一种分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型。采用二维矩阵的描述方法建立了行列数为3(n+1)×3(n+1)的对角矩阵和互连矩阵,对多股流换热器传热计算中的物理参量进行数学表达,实现了多股流多相区换热关系的描述。采用分相区的建模方法提出了相边界交错排列下流体与管壁的传热模型和管壁温度的计算模型,实现了冷热流体在并发相变时的传热计算。实例表明该模型能够计算多股流形式的绕管式换热器,并能处理相边界"交错"的情况。与已发表的模型进行仿真对比,计算结果吻合良好,最大偏差小于4%。     

多组分多股流相变换热器的传热计算

多组分多股流相变换热器在气体液化分离及石油化工中获得广泛应用,其传热计算远较一般换热器复杂。本文对涉及露点、泡点、密度、平衡常数、热物性参数以及传热计算等问题进行了探讨。     

绕管式换热器单相流计算方法及实验对比

为了绕管式换热器的准确设计计算,针对Schmidt和Gilli关于绕管式换热器单相流的管程和壳程的对流换热及流动压降的计算关联式,文中通过实验及理论分析,给出了修正关联式。制作了一台按照典型绕管换热器结构设计的试件,用于水-水对流换热实验,得到了分别改变管程水速和壳程水速的传热系数图和流动压降图。通过Schmidt和Gilli公式的计算值与实验值的对比,采纳了Schmidt关于管程对流换热的计算关联式,对壳程对流换热计算关联式以及管程和壳程的流动压降计算关联式进行了改进。改进后的计算关联式进行计算后的传热系数及流动压降与实验数据吻合较好。     

液化天然气绕管式换热器壳侧混合工质流动及传热特性

绕管式换热器壳侧的流动及传热特性对大型液化天然气/浮式液化天然气装备设计和优化具有重要意义。本文建立了两相流动沸腾数值模型以预测壳侧流型、压降及其传热效果。通过耦合VOF模型、相变传质模型和表面张力模型,探究了不同质流密度、干度等因素对壳侧流动传热特性的影响,并通过绕管式换热器流动换热实验平台进行了实验验证,证明了模拟所得规律与实验结果有良好的吻合性。结果表明：压降随干度的增加而增加;传热系数随干度的增加有所减小;壳侧制冷剂在不同干度下主要呈现柱状流、滴状流、气状流等流型。本研究为设计和优化绕管式换热器提供了理论基础。     

绕管式换热器的设计

绕管式换热器由于其结构紧凑、换热效率高而被广泛应用于空分和化肥等装置中,近年来通过国内科研、设计和制造单位的努力,该类设备已实现国产化。本文着重就大化肥低温甲醇洗单元绕管式换热器的发展情况和设计特点进行叙述。     

纵向流绕丝管管束换热器试验研究

研究表明 ,纵向流管外绕丝管束换热器在生产上可满足强化传热和限定压降的要求。其综合性能指标介于普通光管和新型变截面管管束之间 ,但压降却小得多。其突出特点是制造简便 ,造价低廉     

绕管式换热器技术发展综述

绕管式换热器作为高效紧凑换热器的一种，在余热利用和节能方面起着积极的作用。介绍了绕管式换热器的结构特点以及发展的现状和主要趋势，对换热器系统最佳化和评价方法等问题进行了分析探讨。     

探讨螺旋板换热器的传热计算

本文讨论了在传热计算中螺旋板换热器与单壳程、单管程列管式换热器的差异。螺旋板换热器的传热计算在以往采用了与列管式换热器相同的方法，从对数平均温度差△tm的计算式可知，其中作了某种假设，一是传热只在某些流道间进行，一是热流体两侧的冷流体的温度相等，这与实际不符。考虑到螺旋板换热器本身的特点，由于热流体所在流道的内外两侧实际上存在传热，而且两侧流体的温度并不相同，在传热计算中应予考虑。本文从微积分着手，导出了一种新的计算方法。     

基于流股虚拟温度综合大规模多流股换热器网络

Effective temperature level of stream, namely stream pseudo temperature, is determined by its actual temperature and heat transfer temperature difference contribution value. Heat transfer temperature difference contribution value of a stream depends on its heat transfer film coefficient, cost per unit heat transfer area, actual temperature, and so on. In the determination of the suitable heat transfer temperature difference contribution values of the stream, the total annual cost of multistream heat exchanger network （MSHEN） is regarded as an objective function, and genetic/simulated annealing algorithm （GA/SA） is adopted for optimizing the heat transfer temperature difference contribution values of the stream. The stream pseudo temperatures are subsequently obtained. On the basis of stream pseudo temperature, optimized MSHEN can be attained by the temperature-enthalpy （T-H） diagram method. This approach is characterized with fewer decision variables and higher feasibility of solutions. The calculation efficiency of GA/SA can be remarkably enhanced by this approach and more probability is shown in searching the global optimum solution. Hence this approach is presented for solving industrial-sized MSHEN which is difficult to deal by traditional algorithm. Moreover, in the optimization of stream heat transfer temperature difference contribution values, the effects of the stream temperature, the heat transfer film coefficient, and the construction material of heat exchangers are considered, therefore this approach can be used to optimize and design heat exchanger network （HEN） with unequal heat transfer film coefficients and different of construction materials. The performance of the proposed approach has been demonstrated with three examples and the obtained solutions are compared with those available in literatures. The results show that the large-scale MSHEN synthesis problems can be solved to obtain good solutions with the modest computational effort.     

换热器各种管束支撑的结构与传热性能

管柬支撑是管壳式换热器的重要元件,改变管束支撑的的形状和结构是强化传热的重要手段,文中详细描述和分析了弓形折流板、整圆形折流板、折流杆、螺旋隔板、空心圆环、管子自支撑结构、抗振折流杆和旋流片的结构特点和传热特性,并对各种管柬支撑的传热性能比较.每一种管束支撑都有自己的特点和工作环境,其优缺点是相对的,但总的发展趋势是管束支撑物的结构加工工艺趋于简单化,传热强化和抗振功能明显提高.     

旋流网板换热器强化传热机理分析

主要分析了用于硫酸转化系统气体换热的旋流网板换热器中旋流片强化传热的机理,在实验研究基础上,应用周期性单元流道模型,数值模拟了空心环和旋流片支撑时的流体湍流流动和传热性能。结果表明,旋流片能迫使流体做强烈的三维螺旋运动,增强流体湍流度,同时使流体冲刷壁面,减薄边界层,其传热效果优于空心环。旋流片产生的自旋流具有高效低阻的优势,其强化传热综合性能优于空心环。     

多股流换热器设计的量纲1温差场均匀性优化因子

本文提出了多股流换热器无量纲温差场均匀性优化因子的概念,并且研究了该因子在多股流换热器通道排列上的应用。研究表明：无量纲温差场均匀性优化因子能够作为多股流换热器通道排列的一个有效的评价指标,并进而指导多股流换热器的设计。     

低温多股流板翅式换热器设计优化方法研究进展

针对多股流体流动换热、复杂翅片结构优化、多重通道排布匹配以及低温工程应用等特点,本文归纳分析了低温多股流板翅式换热器结构设计中凸显的流股换热匹配、通道分配排列、多物理场叠加以及低温特殊工况下的应用等问题。总结了在通道结构优化与零部件设计中,通过翅片通道传热流动特性及相关性能评价方法来指导结构选型。文章还深入分析国内外现状,讨论了板翅式换热器的研究热点与发展方向。文章指出低温多股流板翅式换热器应用于大型空分等石化工业流程中优势明显,可显著提高气体液化率,降低实际能耗,进而提升系统运行效率。因此,对于实际应用中可能遇到的设计问题,应考虑结合局部换热网络与多流股匹配、翅片结构设计与通道排列算法优化、多场仿真与试验研究等手段形成合理优化方法和设计框架,来摆脱目前传统经验试凑所带来的限制。     

螺旋扭曲扁管换热器传热与流阻性能试验研究

对4种不同结构的螺旋扭曲扁管换热器的管程和壳程传热与流阻性能进行了试验研究,并和采用圆管作为换热管的弓形折流板换热器进行了比较,根据试验数据回归出反映螺旋扭曲扁管换热器管程和壳程传热与流阻特性的关联式。研究结果表明,螺旋扭曲扁管换热器管程与壳程都有较好的强化传热性能,螺旋扭曲扁管的几何尺寸和流体Re对其管、壳程传热与流阻性能有重要影响。     

多头螺旋管式换热器换热与压降计算

从实际工程设计出发,对多头螺旋管式换热器的设计进行了研究,提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方法,推荐了螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式。并对200MW蒸汽发生器进行了实例设计计算。     

Pressure drop and heat transfer study in tube-in-tube helical heat exchanger

In the present work attempts were made to investigate the hydrodynamics and heat transfer characteristics of tube-in-tube helical heat exchanger at the pilot plant scale. The experiments were carried out in counter current mode operation with hot fluid in the tube side and cold fluid in the annulus area. The outer tube was fitted with semicircular plates to support the inner tube and also to provide high turbulence in the annulus region. Overall heat transfer coefficients were calculated and heat transfer coefficients in the inner and outer tube were determined using Wilson plots. A commercial Computational Fluid Dynamics package [FLUENT User's Guide, release 6.0, Fluent Inc., Lebnon, NH, 1994] was used to predict the flow and thermal development in tube-in-tube helical heat exchanger. The Nusselt number and friction factor values in the inner and outer tubes were compared with the experimental data collected in the present study as well as reported in the literature. The CFD simulations were in agreement with the present experimental data. In case of literature data a reasonable comparison was found even though the boundary conditions in the present work were different.     

管壳式换热器强化传热技术进展

介绍了管壳式换热器强化传热技术的最新进展及技术动向。管程强化传热采用螺旋槽管、横纹槽管、波纹管、缩放管、菱形翅片管、花瓣形翅片管等传热元件,壳程强化传热采用弓形折流板支撑、折流杆式支撑、螺旋折流板支撑、空心环网板支撑、旋流网板支撑和管子自支撑等管束支撑结构。随着技术的进步,目前节能、高效的旋流网板急扩加速流缩放管管壳式换热器已广泛应用于硫酸生产中,提高了转化工序热能利用效率。     

板式换热器波纹通道的流动与传热机理

采用Realizable k-ε湍流模型,针对一种人字形板间波纹通道的流动与传热机理进行了数值模拟研究。考察了不同Reynolds数湍流状态下波纹通道中沿壁面的平均以及局部表面特征数（Nu和f）的变化规律,揭示了流动与传热参数在波纹通道不同横向剖面的分布规律。结果表明在Re<7860时,凹壁面Nu更大;Re>7860时,凸壁面Nu更大;随着Re的增大凹壁面f大于凸壁面。凹壁面的Nu在近入口和近出口处存在两个峰值,并且在近出口处存在极大值;而凸壁面在近入口处存在一个极大值,在近出口处存在极小值。凹壁面的f在近出口处出现陡升现象,而凸壁面则在近入口处出现陡升。随着Re增大,剖线v和TKE增大,而T减小。另外,v、T和TKE在近凹壁面区域皆突然增大。     

缠绕管式换热器的CFD优化

用ANSYS CFX软件采用基于有限元的有限体积法对简化的缠绕管式换热器的壳程流动进行模拟,考察管束导程和壳程流速等参数对缠绕管式换热器壳程流体流动特性的影响。结果表明,减小缠绕管束的导程可提高壳程流体的湍流程度,增强壳程流体的均匀程度,减少温度死区并提高换热效率,减小同一截面不同区域的压力差,进而减小因流场不均匀而对管束产生的破坏性应力。提高壳程流速可增强换热,但会增加壳程压降。