换热管内置螺旋弹簧对传热性能影响的研究

通过粒子成像测速(PIV)技术,研究了内置螺旋弹簧对换热管传热性能的影响,并分析了螺旋弹簧节距、丝径以及中径对管内流场的影响。结果表明,内置弹簧管的强化传热系数明显高于光管,传热效果随弹簧节距、丝径的增大而增大,随中径的减小而增大。通过实验,确定了增强湍流程度的最佳方式。     

内插螺旋弹簧换热管传热特性试验研究

对内插螺旋弹簧管和光管的换热及其阻力特性进行了试验研究,结果表明,内插螺旋弹簧的存在增加了对管内流体流动的扰动,使换热管具有较好的传热效果。内插螺旋弹簧换热管的强化传热综合性能比光管提高了1.57～2.54倍,内插螺旋弹簧管的综合性能好于光管。     

内置螺旋叶片转子换热管传热和阻力特性的实验研究

本文概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理,通过实验研究了传热和阻力特性。实验结果表明,在相同的雷诺数条件下,内置螺旋叶片转子换热管的努塞尔数明显高于光管的努塞尔数,说明具有良好的强化传热效果;内置螺旋叶片转子换热管的阻力系数显著高于光管阻力系数,说明在强化传热的同时,使得管内阻力随之增加。此外,作者借助多元线性回归方法,建立了内置螺旋叶片转子换热管的努塞尔数与阻力系数的经验关联式。     

换热管内塑料螺旋管强化传热的三维数值模拟

利用Fluent 6.2及辅助软件,对装有塑料螺旋线的换热管内流体流动及强化传热进行了计算机三维数值模拟,分析并比较了光管与有内置塑料螺旋线管的情况下管内流速、湍流度以及对流传热系数的分布改善情况,得出了流体的流动和传热特性。研究表明:螺旋通道内的流体明显的存在轴向、切向以及径向速度,且比光管的大。由于螺旋线的存在使得螺旋线管内流体的湍动程度加剧,它不仅阻止了污垢的生成,而且还有效的强化了管内的对流传热,其表面平均传热系数较光管提高了近20%左右;螺旋线管所带来的管路压降在工程容许的范围内,适用于流速低于0.8 m/s的换热器中。     

内置扭带换热管数值模拟及结构参数优化研究

采用数值模拟方法对内插扭带式换热管换热过程进行模拟,分析了管内流动与传热特征,研究了扭带尺寸参数对管内流动与传热的影响。结果表明,随扭带余隙率增大,传热系数逐渐减小,传热性能降低,但过小的余隙率会增大摩擦阻力。传热系数随扭距增加先增大后减小,阻力系数随扭距增加逐渐减小。综合考虑扭带参数对传热与流动的影响,对换热管内置扭带的结构参数进行了优化。     

内插自振弹簧换热管流动与传热特性的数值模拟

对9种不同几何参数的内插自振弹簧换热管和光管的换热及其阻力特性进行了数值模拟。结果表明,内插自振弹簧换热管的存在增加了对流体流动的扰动,破坏了管内侧的层流层,起到了扰流的作用,提高了换热管的换热能力。内插自振弹簧换热管比光管的强化传热综合性能Nu/ξ1/3提高了1.03～3.21倍。内插自振弹簧换热管强化传热综合性能均优于光管。     

基于火积耗散热阻的内置双旋线换热管性能研究

基于换热器火积耗散热阻理论,采用三维数值模拟计算方法,以水为流动介质,分别对内置双旋线外径为9mm、12mm、15mm、18mm的换热管的管内流场和火积耗散热阻进行研究,分析了内置双旋线换热管的传热和流动特性,结果表明：内置双旋线换热管内流体呈现三维螺旋状流动,管壁面附近周向和径向速度明显增强,从而中心区域流体和壁面附近流体充分混合;内置双旋线换热管的换热量与其积耗散热阻相对应,积耗散热阻越小,换热量越大;内置双旋线换热管的积耗散热阻随着雷诺数的增大而减小;内置双旋线换热管的协同性均优于光管,说明内置双旋线换热管具有良好的综合换热性能.     

内壁填充环状金属泡沫的管内流动凝结换热

通过采用在圆管内壁填充环状金属泡沫的方法强化管内对流凝结换热,实验研究了制冷剂R134a在内壁填充环状金属泡沫管内的流动凝结的压降和换热,克服了完全填充金属泡沫管流动阻力大的缺点。用于计算传热系数的管壁温度通过热电偶测量得到。综合分析了质量流速和两相流体干度对流动凝结压降及传热系数的影响。研究结果表明内壁填充环状金属泡沫管压降远大于光管,压降随质量流速和干度的增加而迅速增大且呈非线性。通过壁面温度分布和温度波动对内壁填充环状金属泡沫管内的两相流型进行判别,发现影响该类强化管凝结换热的两种主要流型：分层流和环状流。内壁填充环状金属泡沫管的凝结传热系数大于光管,且随着质量流速和干度的增加传热系数增大,该类强化管流动凝结传热系数是光管的2倍左右。     

内插扭带强化换热过程及最佳螺距研究

与普通换热管相比,内插扭带传热管内由于螺旋涡的存在,使管内介质压力梯度增加、流速加快,从而提高管内传热系数。采用了FLUENT数值模拟计算,以水为管内流体介质,对内插扭带管进行传热特性分析。结果表明,随着雷诺数增大,努塞尔数呈直线增大,而摩擦阻力系数呈指数型减小;并且在相同雷诺数条件下,内插扭带管的摩擦阻力系数和努塞尔数均大于光管;通过综合因子评价方法确定了内插扭带强化换热的最佳螺距为50 mm,并且该方法适合于小雷诺数流动条件下的强化换热。     

螺旋转子的结构参数对管内换热影响的数值研究

管内插入物是一种强化管内换热的有效方法,内插可以旋转的结构在强化换热的同时还具有良好的除垢效果。数值研究了内插螺旋转子的管内流动与换热,发现与光管相比,换热强化30%,而阻力则为光管的6～7倍。数值计算结果表明,叶片与管壁间隙、转子螺旋节距的增加以及转轴半径的减小,可引起转子转速不同程度的减小,从而导致管内Nusselt数和阻力系数的减小。适当增加转子螺旋节距,减小转轴半径及叶片与管壁间隙,可使其强化换热性能更优。     

扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000～14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53～2.53倍,为光滑内管换热器的3.08～4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。     

换热管内置螺旋线圈的阻力及传热特性实验研究

将9种不同结构尺寸的螺线线圈分别置入换热管内进行实验研究,分析了其阻力和传热特性。实验结果表明,在相同的Re下,管内插入螺旋线圈后流体压降和传热系数都有较大提高。通过多元线性回归分析,得到了压降增量和传热系数关联式。由传热性能分析,得到了综合评价因子φ=0.77~1.60,为如何选用性能优越的螺旋线圈提供了参考依据。     

管壳式换热器壳程高黏度流体的传热强化

传统的管壳式高黏度流体换热器采用光滑管设计制造,其壳程传热及流动效能低,壳程传热阻力占总热阻的80％以上,且流动阻力损失较大,提高壳程流体的传热膜系数和降低流动阻力是提高高黏度流体换热器效能的技术关键．     

涡发生器与螺旋片强化不同曲率的壳侧传热

为考察涡发生器与螺旋片对不同曲率的套管式换热器壳侧的传热强化效果,在不同中径的壳侧安装了相同密度的螺旋片和三角翼型涡发生器。以空气为介质,在Re=680～16000范围内,采用实验和数值模拟方法研究了壳侧的传热和阻力特性,考察了不同曲率下复合强化的壳侧的综合性能,分析了传热强化机理。结果表明,曲率越大,壳侧传热系数越高,摩擦因数越大。对曲率分别为0.131、0.321和0.440的3种换热器壳侧,涡发生器将其传热系数平均提高了31.52%、20.83%和18.33%。小曲率和复合强化的壳侧综合性能更好。涡发生器改变了换热器壳侧的流场结构,提高了速度场和温度场之间的协同性,从而提高了换热器壳侧的传热效果。     

螺旋折流板换热器三角区漏流阻塞的实验研究

目前普遍使用的螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块平面折流板结构,但在相邻两块折流板的直边搭接处存在顶角相对的两个三角漏流区,使壳程流体偏离理想的螺旋流,严重影响了换热器的性能。采用折面折流板结构,可以封闭原始折流板之间的外侧三角漏流区,使壳程流体更接近连续的螺旋流动。实验结果表明,采用折面折流板代替原始的平面折流板后,换热器总传热系数增加6.7%～19.1%,平均增大16.9%,表明此折面折流板能有效提高螺旋折流板换热器的换热性能。虽然壳程压降也随之增大,但带来的泵耗功率增量非常有限。换热器的热性能因子均大于1.0,平均值为1.071,表明结构改进后的换热器,其综合性能平均提高7.1%。基于实验数据,拟合了结构改进前后的换热器壳程传热系数和阻力系数的相关实验关联式。研究结果对于换热器的节能优化具有重要的指导意义。     

内插螺旋立式上行管流场及传热性能的实验研究

通过粒子图像测速流场实验与传热实验相结合,研究了内插螺旋立式上行管的螺旋节距、丝径、中径比等结构参数在不同Re下对流场、阻力及传热性能的影响。结果表明,内插螺旋能够有效扰动和混合管内流体,使管内形成多个纵向旋涡的流体结构、增大管壁附近液体涡量,有利于强化传热。当Re相同时,管内平均流速v、Nu和综合换热性能PEC均随丝径增大而增大,随中径比减小而增大;随节距增大,3种参数均出现增大的趋势,节距大于20 mm后开始减小。管内流体的阻力f随丝径和节距增大而减小,随中径比增大而增大。综合比较,在较低Re时,节距p=20 mm、丝径e=1.6 mm、中径比D/d=0.75时综合传热效果最好。     

扭曲管强化传热性能实验研究

在设计的蒸汽-水换热实验台上测试了5种不同导程的椭圆扭曲管和圆管的传热和流动阻力性能.分别对5种不同导程的扭曲管和圆管管内流体努赛尔数,摩擦系数和管内综合评价因子随雷诺数变化情况进行了对比.实验结果表明:扭曲管的强化传热性能明显,且导程越小,强化传热效果越好.在实验测试的雷诺数范围内,扭曲管的努塞尔数为光滑圆管的1.0...     

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。     

扭曲三叶管传热与流阻性能的数值研究

扭曲管换热器是一种新型高效换热器。在扭曲管强化传热机理研究的基础上,提出了一种新的扭曲管管型--三叶管。验证了标准k-ω湍流模型在圆管及扭曲椭圆管计算中的精确度,并采用该湍流模型对扭曲三叶管Re在4000～20000范围内的传热和流阻性能进行了研究。计算结果表明,扭曲三叶管的Nusselt数比扭曲椭圆管大,虽然压差增大较多但综合传热性能比扭曲椭圆管高。这是由于扭曲三叶管特殊的三叶区结构以及过渡区曲率的变化,使得三叶管内的螺旋流动比椭圆管更为复杂,速度场与温度梯度场的协同程度更好。随着Reynolds数的增大扭曲三叶管的压差及Nusselt数都逐渐增大,但综合性能逐渐降低,在低Reynolds数下扭曲三叶管的强化传热效果较为明显。内切圆直径及过渡圆弧直径越小,扭曲三叶管的综合性能越好,其中内切圆直径的影响更为显著。     

折面螺旋折流板换热器的流动传热性能

针对现有平面螺旋折流板换热器的相邻折流板与壳体间存在的三角漏流区,提出了一种折面螺旋折流板换热器。基于实验研究分析了折面螺旋折流板换热器的螺旋角和搭接度对流动传热性能的影响,并拟合了壳程对流传热和阻力系数的实验关联式。结果表明,当壳程体积流量相同时,随着螺旋角的减小,折面螺旋折流板换热器的壳程总压降增加,壳程管束压降增加,壳程膜传热系数提升,综合性能增强;相同壳程体积流量下,随着搭接度的增加,壳程总压降也增加,壳程膜传热系数增加,综合性能提高。实验研究表明螺旋角18°、搭接度50%的折面螺旋折流板换热器流动传热性能最佳。将折面螺旋折流板换热器的螺旋角和搭接度作为修正因子拟合到了实验关联式中,对比发现实验值与Nu实验关联式计算值的平均相对误差为1.13%,与f实验关联式的平均相对误差为6.84%,说明了拟合的正确性和可靠性。研究结果为折面螺旋折流板换热器的设计提供了理论指导。