脉动流诱导振动的双向热流固耦合强化传热机制

脉动流诱导振动换热管强化传热技术是实现过程换热设备节能降耗的一种有效途径。基于热流固双向耦合理论,研究了脉动流诱导振动换热管的边界变形运动与近壁脉动流动的双向耦合作用对流固共轭耦合传热特性的影响。结果表明:脉动流诱导振动边界变形运动与近壁脉动流动的热流固双向耦合作用能有效强化近壁壳程流体的传热,且其热流固双向耦合作用和强化传热强度随脉动流的脉动频率加快而增加。研究发现热流固双向耦合作用是通过传热驱动力温差的增大和近壁壳程流体产生的内涡流所诱发的微对流来强化壳程流体的传热,当脉动流频率为50 Hz时,可使换热管的壳程传热系数增加24.3%,强化传热效果明显。     

新型锥形孔折流板管壳式换热器数值模拟研究

针对传统弓形折流板管壳式换热器存在换热死区以及横向管束振动大等问题,提出一种新型锥形孔折流板管壳式换热器,建立锥形孔折流板换热器物理模型,应用Fluent对其进行数值模拟,研究换热器壳侧流体不同流速对换热器流场与温度场的影响.并将其结果与传统弓形折流板换热器进行比较,结果表明:锥形孔折流板换热器壳侧流体对管道横向冲刷作...     

重催油浆蒸气发生器管板开裂原因及防治

锦州石化公司催化裂化装置油浆蒸气发生器,为浮头式蒸气发生器,投入使用一年多就发生失效,其失效形式表现为蒸气发生器管板大面积开裂,裂纹大多从管束开始呈环状及径向管板延伸。利用对比法、金相显微分析方法以及开裂机理分析方法,对重催油浆蒸气发生器管板开裂原因进行了管板化学成份、管板机械性能、宏观、微观断口形貌及管板开裂过程分析。实验结果表明,管板的化学成份和机械性能均符合国标GB6654-96,说明管板开裂不是由于材质本身造成的;裂纹符合应力腐蚀特征;壳程内蒸气的发生和流动诱发振动,使管束发生振动,特别在汽液两相流作用下使振动加剧,使管板焊接接头部位产生循环载荷造成疲劳破坏。得出疲劳和应力腐蚀共同作用引起重催油浆蒸气发生器管板的开裂,其中疲劳是管板开裂的最重要的原因。提出了简单易行的改进措施。     

流动冲击角对流体绕流管束换热的影响

运用计算流体动力学软件FLUENT,对流动冲击角分别为45°、60°、75°和90°,流体绕流6排87根错排管束下的换热进行三维数值模拟.管束的纵向和横向管间距分别为9.5 mm和11 mm.考查管束的平均换热努赛尔数和模型进出口压降,并与茹卡乌斯卡斯的实验关联式进行对比.当雷诺数为5 000~20 000时,给出4种流动冲击角下管束换热努赛尔数的拟合公式,并对管周向局部换热特点进行细观分析.结果表明:湍流边界层在周向夹角为大约105°时从管壁面分离,此时换热最差;流动冲击角越大,管束的平均换热努赛尔数和模型进出口压降越大;流动冲击角为45°时综合换热性能较好.     

水平管降膜蒸发器管束结构优化数值模拟

摘要本文采用数值模拟方法,通过观察不同条件下液膜流动状态以及计算相应状况下的液膜厚度,研究水平管降膜蒸发器管外液体流动的影响因素并对管束结构进行优化.计算结果表明:旋转三角形管束布置有利于在传热管上形成稳定的液膜,而三角形管束布置有利于传热管上液体的混合;管间距和液体的初始流速对降膜蒸发器管外液体流动有重要影响,随着管间距的增大以及液体初始流速的减小,管束中呈现柱状流的管排范围减小.     

纵流壳程换热器数值模拟的应用研究

提出采用数值模拟的方法研究纵流壳程换热器,以克服实验研究方式的不足．利用相似理论,确定换热器的数值模拟模型,分析了各结构参数变化对其传热和流动性能的影响,结果表明：单排管间布杆、减小折流栅间距、增大管束长径比均有利于传热,但同时也增大了流动阻力;并利用最小二乘法,进一步回归出纵流壳程换热器层流下的传热和流动阻力的准数关联式．显示出采用数值模拟方式对换热器进行研究和开发的显著优点     

管壳式换热器壳侧三维流场模拟

建立了管壳式换热器的简化模型，利用ANSYS模拟软件，对管壳式换热器的壳侧三维流场进行了模拟计算，得到了不同排列方式下及入口流速的情况下换热器模型的壳侧流场，并用实验测得的换热器壳程总压降进行了对比验证，证实了结果的可靠性。分析了管壳式换热器换热管的两种不同排列方式下流场的差异和流场对换热器失效的影响，提出了换热器管束失效的预防措施。     

纵流壳程换热器数值模拟的应用研究

提出采用数值模拟的方法研究纵流壳程换热器,以克服实验研究方式的不足,利用相似理论,确定换热器的数值模拟模型,分析了各结构参数变化对其传热和流动性能的影响,结果表明,单排管间布杆、减小折流栅间距、增大管束长径比均有利于传热,但同时也增大了流劝阻;和并利用最小二乘法,进一步回归出纵流壳程换热器层流下的传热和流动阻力的关联式,显示出采用数值模拟方式对换热器研究和开发和显著优点。     

强化管壳式热交换器传热的实验研究

对不同壳侧结构的管壳式热交换器壳侧流动的流型、流阻及其传热特性进行了实验研究。实验表明 ,直挡流板的壳侧流道由于存在滞留区 ,流阻高且不利于换热。螺旋板的壳侧流道的Nu比直挡流板高 79% ,而具有螺旋板和多孔介质组合的壳侧流道的对流换热系数比直挡流板高 94 %。同时得到了最佳螺旋角为 4 0°,多孔介质的最佳孔隙率为 0 985。     

蒸汽通道宽度对凝汽器优化布管的影响

以某凝汽器为研究对象,数值模拟其壳侧蒸汽的流动情况,研究了凝汽器留有的蒸汽通道宽度对凝汽器壳侧蒸汽流动以及凝汽器压力的影响.凝汽器蒸汽通道宽度的设置应以使得其内的蒸汽流速适中为宜,流速过大会导致蒸汽流动的不均匀性,增大汽阻;过小会使得蒸汽在管束区内的流动偏低,降低换热效果.     

LNG绕管式换热器壳程两相降膜换热的数值模拟

随着LNG的发展与应用,对绕管式换热器的需求越来越大,而绕管式换热器换热性能的优劣将严重影响着液化工艺的水平。建立了绕管式换热器壳侧两相对流换热模型,利用FLUENT软件模拟分析了不同结构参数对换热器换热性能的影响。研究发现,换热器壳侧换热系数随质量流量的增大而增大,随缠绕角和换热管间距的增大而减小,随换热管管径的增大而增大。     

圆管管束特性试验及协同分析

为分析前排绕流扰动对后排管换热及阻力的影响规律,以4列多排（2～10）管束为研究对象,建立稳定的热态流场,采用错列及顺列2种方式,分析传热及流动特性在不同管排数下的变化规律;定量分析管排数对阻力特性的影响规律,定义了管排阻力修正系数,并根据实验数据给出了其在不同管排数下的取值;根据场协同理论定义了相对场协同率的概念,用以表征不同管排数下其总体换热效率相对实际最大换热的比值。研究结果表明,管间绕流为管束换热器管排影响规律的主要原因,10排及以上管束流场均匀,管间绕流影响最小,场协同角较小,10排以内采用管排系数进行修正。     

H型翅片管束空气流动及换热特性

为了对不同排列方式的H型翅片管进行数值分析,建立不同布置方式下H型翅片管束流动及换热数值模型,获得两种典型布置下的流动及传热特性变化规律。结果表明,H型翅片特殊沟槽结构使背风侧形成纵向冲刷流场,存在明显的三维流动特征,使得其具有自清理、不易积灰的功能;错排翅片基管传热系数大于等间距排列的基管,并且随速度增大,换热效果差异越明显;管束行距对翅片管传热系数的影响明显大于列距的影响,管束行距增大,引起流道内空气平均速度下降,传热系数降低,流道损失减小。     

椭圆翅片管对风洞气流湍流特性影响研究

针对风洞中应用的某型椭圆翅片管热交换器,开展了换热管束对气流扰动特性仿真研究。首先利用试验结果验证了数值方法的可靠性,然后通过数值仿真着重对比分析了不同来流条件下热交换器下游湍流发展变化特性,并对管排数目和翅片间距对热交换器下游气流扰动和流场分布的影响展开了研究。结果表明:热交换器换热管束对上游不均匀来流有较强的整流作用,可使流动分布趋向均匀;热交换器后气流的湍流强度受来流条件影响不大,主要取决于换热管束本身的结构参数;热交换器后气流湍流强度在入口流体流动方向上很快衰减,该型热交换器在入口下游600 mm处湍流强度即可减小到7.5%,与试验测试值吻合较好。     

燃料相关组件棒流致振动可视化实验研究

悬臂梁在反应堆系统当中是常见结构,悬臂组件棒在冷却剂轴向外流冲刷下会发生湍流激振现象,有害的振动将威胁到相关结构的完整性,而目前对大长径比组件棒在极小环隙下的流致振动特性缺乏有效的测量手段。为了解决对大长径比组件棒在极小环隙下的流致振动特性的测量问题,本文提出了可视化测量方法,使用了高速相机对悬臂梁轴向外流流致振动特性进行研究。通过外部施加单点激励单点拾振的方式,得到了相关组件棒的干模态参数,同时使用2台相机同步拍摄获得了组件棒的二维运动轨迹;实验结果表明:棒的自由端振动相较于固定端更剧烈;低流速时,棒的振幅随着流速增大而增大,振幅在0.2 mm以下,而高流速时,棒存在接触壁面的情况,使得棒振幅减小。     

大型纵流壳程换热器三维流动与传热数值模拟

针对目前弓形折流板管壳式换热器采用分布阻力、容积多孔度等概念来计算壳程流体流动的方法 ,根据纵流壳程换热器的结构特点和流动特点 ,探讨了大型纵流壳程换热器数值模拟的简化计算问题 ,提出了几何原型周期段模型简化计算法和四管模型简化计算法 ,以解决大型纵流壳程换热器数值模拟问题 .并应用本文提出的简化计算法 ,应用通用CFD软件FLUENT对纵流壳程换热器不同结构参数时的流动与传热进行了数值模拟 ,得到了换热器流场与温度场的细观信息 ,为纵流壳程换热器的结构优化设计和开发新颖换热器提供了依据     

鳍片管省煤器结构优化的三维数值模拟

利用FLUENT6.2软件对气流横向冲刷鳍片管管束的流动和换热特性进行模拟,分析了管间距对换热和流动的影响,拟合出传热特性关联式,根据尾部烟道的速度分布特点采用变节距的排管方式对省煤器进行优化;并针对某200 MW锅炉省煤器采用多孔介质和热交换器模型进行模拟计算,研究表明:采用变节距排管方式的省煤器换热效果优于原来的省煤器,两者气体流动压降差别不很大。对电厂省煤器结构优化提高换热效率具有一定指导意义。     

换热管受湍流分布力随机振动的虚拟激励法

为了分析换热管受外部横向湍流激励作用下的随机振动响应,本文建立了密置错排管束绕流的三维计算流体力学模型.应用大涡模拟湍流方法对管束绕流场进行了仿真,对换热管表面升、阻力进行了时域内和频域内的分析.经过多次计算提取流场深处圆管的表面湍流分布力,将换热管简化为两端固支中间简支的线性梁模型,引入虚拟激励法计算换热管随机振动的功率谱,并与传统随机振动预报方法对比了计算效率和精度.计算结果表明湍流分布力为服从均匀分布的广义多点随机过程,不同方法的计算速度呈模态截断阶数的指数关系,并通过精度分析验证了相干性各异的载荷作用时不同频段内虚拟激励法的精度与精确算法极为接近.     

翅片间距对两流路双排管蒸发器换热影响分析

翅片管蒸发器换热性能直接影响制冷空调机组能效,调整翅片间距是增大换热面积、改进换热效果的有效途径。文章建立了翅片管蒸发器的流体流动简化模型,利用EVAP-COND软件模拟了外掠气流中三角风速分布工况下,不同翅片间距对两流路双排管蒸发器换热性能的影响。结果表明:翅片间距越大,蒸发器的换热量越小,翅片间距为1.75、2.00、2.25、2.50 mm时的换热量分别比1.50 mm时减小了4.4%、9.02%、14.1%和18.2%;翅片间距越大,制冷剂流量就越小,蒸发器的总换热量也就越小;蒸发器中显热比随翅片间距的增大而降低,综合考虑空气阻力损失及换热,翅片间距为2.00 mm较为合理;不同翅片间距工况下,制冷剂在不同支路每根管内吸热对外掠空气降温影响与换热量一致。     

一种带状支撑的纵流壳程换热器热力特性分析

以纵流壳程换热器作为研究对象,对一种带状支撑纵流壳程换热器的壳程流体流动与传热特性进行了数值研究与分析.基于纵流壳程换热器的特性,建立了带状支撑结构的计算模型,对其流体流动与传热进行了数值计算,得到了壳程流场和温度分布等细观信息.对带状支撑换热器在不同几何参数及工况情况下的热力性能进行了综合分析,并将其特性与折流杆式支撑壳程特性进行了对比分析.研究表明,在相同的流动条件下,带状支撑结构壳程内,流体具有较强的湍动度,增大了的换热效果.