板壳式换热器板程流量分布特性的模拟与优化

以板壳式换热器板程为研究对象,建立了几何模型并进行数值模拟,分析和比较了U形和Z形出入口的流量分布特性,并通过计算换热器传热效率和对其压降的比较,分析了流量分布特性对传热效率、压降的影响。模拟与分析结果显示:板程各流道存在严重的流量分布不均匀现象,并使传热效率下降,同时造成压降的增大,且U形比Z形总体性能更好。通过比较不同组合的出入口导孔直径对U形布置的流量分布进行优化,改善了流量分布不均匀带来的影响,提高了换热器的性能。优化分析表明:入口导孔直径20mm、出口导孔直径23 mm的组合综合效果最好,在改善换热器流量分布不均匀性的同时,能够提高换热器传热效率,并使其压降大幅减小。可以为有关板壳式换热器流量分布特性的研究提供借鉴,具有一定的参考意义。     

一种板壳式换热器传热准则关系式的实验分析

基于板式换热器的研究成果,对板壳式换热器进行实验研究,利用等流速法求解传热准则关系式.通过控制冷流体、热流体流速相同,对1/1流程组合的板壳式换热器进行实验,并对比和分析实验数据.结果表明:利用板式换热器的经验值拟合得到的传热准则关系式在不同定性温度下并不相同;1/1流程组合板壳式换热器冷流体、热流体的传热准则关系式的参数均为定值,即系数为0.182 5,雷诺数指数为0.75,普朗特数指数为0.34;板壳式换热器的传热准则关系式与板程流程数无关,且与壳程1流程和2流程也无关,但与3流程和4流程则呈现出系数相关的结论,3流程和4流程的系数分别为1流程的0.82倍和0.68倍.     

导孔型板壳式换热器的研究与展望

本研究以导孔型板壳式换热器为对象,在综述国内外研究成果的基础上,详细论述了板壳式换热器的结构及其工作原理、板程与壳程的选择以及传热计算和压降计算的相关理论,提供了热力计算的具体步骤和相关公式,指出在设计计算过程中需要注意板片选型、污垢系数取值和误差控制等问题;介绍了板壳式换热器的性能测试方法、传热准则关系式的求解方法,总结了板片结构参数对流动与传热的影响,并分析了壳程入口处存在的物流分配不均匀现象;最后,对板壳式换热器的发展前景加以展望,指出一体化设计、成套化组装和集中智能控制将是板壳式换热器发展的重点方向。     

同轴径向热管换热器壳程流场数值模拟

基于多孔介质模型和分布阻力方法,引入Al-sanea和Taborek两种阻力关系式模拟同轴径向热管换热器壳程的流场。结果表明:换热器壳程静压沿烟气流动方向呈线性分布;随入口烟气速度的增加,换热器阻力损失增大、压降增大;且随入口烟气速度的增加,压降增加的速率增大。     

扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。     

板式换热器性能的数值模拟

建立了人字形板式换热器冷热双流道的流体流动与传热计算模型,利用计算流体力学软件对5组不同速度工况下换热器内流体的流动和传热进行了数值模拟,分析了换热器流道内的速度场、温度场和压力场.结果表明:数值模拟得到的板式换热器进、出口温差和压降与试验测量值的误差均小于6%;换热器内流体的流动和传热存在明显的不均匀性,导致其进、出口的另一侧出现明显的传热"死区";换热器的总传热系数和流道阻力均随着流体流速的增大而增大.     

不同螺旋角度螺旋折流板换热器传热性能与压降的研究

本文对螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和压降特性的对比，同时通过实验方法对8°、12°、18°、25°、30°、40°螺旋角无搭接的螺旋折流板换热器进行了壳程传热性能和压降特性的研究，得出螺旋折流板换热器的螺旋流动强化了传热，螺旋折流板换热器的压降比弓形折流板换热器的压降小。     

生物质热风炉换热器传热性能数值分析及实验研究

以生物质热风炉为研究对象,搭建生物质热风炉实验台,控制空气入口速度为12～20 m/s,开展相关测试实验。采用Realizable k-ε湍流模型,速度和压力的耦合采用SIMPLEC算法,利用FLUENT软件计算得到换热器温度、速度、压力分布,将模拟结果与实验测试结果进行比较,误差在2%以内。结果表明：随着壳程空气流速的逐渐增大,换热器的壳程温差ΔT、压降Δp逐渐升高;对流传热系数、总传热系数、传热量和换热器评价指标η也逐渐增大。随着雷诺数增大,努塞尔数和传热因子逐渐增大。     

双壳程管壳式换热器的传热和阻力特性

针对弓形折流板管壳式换热器流动死区大,压降高的不足,提出外螺旋折流板内斜百叶折流板的双壳程管壳式换热器结构,外螺旋角为15°～40°,内斜百叶折流板倾角为45°。通过三维数值模拟,研究其传热和阻力特性,获得其局部流场,并与传统弓形折流板换热器进行了对比,同时分析了外壳程螺旋折流板不同倾角对其性能的影响。结果表明:双壳程管壳式换热器的壳侧流场分布均匀,流动死区减小,综合性能高于相同壳径和管束布置的弓形折流板管壳式换热器,外螺旋角为30°时,单位压降下的传热系数平均提高了24. 4%。当外螺旋角为20°时,该换热器具有最好的综合性能。     

新型油冷器壳程流动与强化传热数值模拟

为了对机械设备用油进行降温,保障机械设备正常工作。本文对油冷却器的结构进行了优化,根据工质油粘度大、Pr数大的特点,选择多叶孔板结构实现壳程的传热强化。采用商用软件FLUENT对三叶孔板、四叶孔板以及五叶孔板换热器进行数值模拟,得到了油冷器的壳程传热与阻力性能曲线。结果表明:多叶孔支撑板对高粘度流体油的传热有强化作用。三叶孔、四叶孔与五叶孔支撑板之间进行比较,在流体流速较低时,采用正四边形布管的四叶孔与五叶孔支撑板综合性能更好一些,但在其他大部分工况下,三叶孔板换热器的传热强化综合性能更优,其无量纲传热强化综合指标PEC比四叶孔与五叶孔分别提高37%~62%和39%~63%。     

错流换热器壳体空气流动均匀性对空气换热性能影响的研究

通过数值模拟研究稳态运行过程中壳体内部空气流动状态及不同壳程接管数量下壳体内空气分布情况及其影响，验证了错流式换热器壳程流量分布不均对其性能却有影响，较均匀的壳程流量分布具有更高的出口温度。根据仿真计算得到长筒体错流换热器不同壳程接管数量下的流量分布比例，壳程设置多个接管有助于提高壳内空气分布均匀性。根据流量分布比例计算壳程空气出口温度。分析结果发现，随着壳程空气流量的提高，壳程空气分布均匀的换热器性能越好。     

折流板位置对换热器性能的影响

采用FLUENT数值模拟方法,研究了简化模型下弓形折流板和螺旋折流板换热器,对应于不同间距/螺距时,流动参量的变化对换热器整体流动与传热性能的影响,进而研究非等距换热器.结果表明,两种结构对应的壳程压力损失和换热系数均随壳程流量的增加而增大,而螺旋折流板结构单位压降下换热系数大于弓形折流板,并且其性能受折流板螺距变化的影响较小,体现了螺旋折流板结构的优越性.为进一步研究非等距型换热器提供了依据.     

折流板换热器壳程流场数值模拟与结构优化

基于多孔介质与分布阻力的概念,采用FLUENT软件对单弓形折流板换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。在此基础上针对折流板换热器壳程压降大、能耗高,存在传热死区等的缺点,提出了壳程流场的改进方案,通过数值模拟可以看到壳程流场改进后不仅具有压降低、场协同性能好、基本无传热死区等特点,而且在一定程度上还提高了管束抗流体诱导振动的性能。     

半圆柱空间异形孔板换热器热工水力性能的数值模拟

为研究半圆柱空间异形孔板换热器的流动与传热特性,建立换热器简化物理模型,运用ANSYS软件建立CFD模型进行数值模拟,分析了开孔形状与板间距的影响,并对比了半圆柱空间异形孔板换热器与弓形板换热器的联系与区别。研究结果表明：半圆柱异形孔板换热器壳侧流体呈纵向流动,壳侧流体通过孔隙形成射流冲刷管壁,具有强化传热作用;板间距一定,开孔面积相近时,开孔形状对壳侧压降的影响较小,对换热性能的影响稍大;板间距越小壳侧换热系数越高但其综合性能指标越小;圆头三角孔板换热器在板间距30 mm时的壳侧换热系数比40及50 mm方案分别高5.62%,10.06%,综合性能指标低1.44%,2.07%;异形孔板换热器的综合性能指标比弓形折流板换热器平均约高27.89%。     

径向热管换热器壳程压降数值模拟及参数优化

通过对径向热管换热器壳程压力场的数值模拟,分析入口烟气速度对换热器压降的影响规律,并对换热器结构参数进行优化。结果表明:换热器迎风侧压力高于背风侧压力,沿烟气流动方向压力逐渐降低且呈线性分布;换热器压降随入口烟气速度的增加而增加,且其增加速率也相应增大。通过改变换热器结构参数,对换热器壳程压降进行分析研究,得到其结构优化参数:翅片高度小于26.5mm,翅片间距大于6.5mm,热管横向间距108～111mm,纵向间距120～125mm。     

螺旋折流板管壳式换热器壳程传热性能及压降的研究

本文对螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和壳程的阻力的对比,同时通过实验方法对25°、40°螺旋角的螺旋折流板和弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和壳程阻力的研究,得出螺旋折流板换热器的螺旋流动强化了传热,螺旋折流板换热器的壳程阻力比弓形折流板换热器的壳程阻力小。     

三叶膨胀管换热器壳程强化传热的数值研究

三叶膨胀管是一种新型强化传热管,针对纵向流换热器特点,设计了三种不同管束结构参数的三叶膨胀管自支撑纵向流换热器。应用FLUENT软件及Realizable k-ε湍流模型,对三种不同结构参数的三叶膨胀管换热器壳程强化传热特性展开了数值模拟,并通过与实验数据的对比,验证了计算模型的可靠性。计算了不同壳程介质流速下,三叶膨胀管换热器壳程的换热系数与压降值,并获得了壳程流体流线以及相应的温度场、速度场和二次流分布图。结果发现,在壳程水流速一致的情况下,管束横向间距越大的三叶膨胀管换热器,壳程拥有更高的综合换热性能和更低的压降值,但相应地,换热系数也更低。流场分析显示,壳程流体流线呈现出三维纵向旋流形态,二次流的出现改变了速度场和温度场分布,二次流的强度随着管束横向间距的减小而增大。     

板壳式换热器板片流动与传热性能的数值模拟

针对板壳式换热器的人字形板片建立了单流道物理模型,并利用数值模拟软件分析了其重要结构参数波纹夹角的变化引起的模型流场、速度场和温度场的变化情况,以及对其传热性能的影响。结果显示:换热板片波纹夹角的变化使得流体的流动状态发生了变化,随着波纹夹角的增大,流体的流态由十字交叉流逐渐转变为曲折流。随着波纹角度的增大,流体的扰动程度加强,湍流程度提高,与此同时,努塞尔数和传热因子增大,传热性能增强。模拟结果表明波纹夹角对板壳式换热器流动和传热性能具有较大的影响,可以成为板壳式换热器优化设计的一个重要方向。     

连续拼接型螺旋折流板换热器壳程流场与温度场数值研究

针对单弓形折流板换热器壳程压降大、连续型螺旋折流板换热器安装制造成本高的缺点,提出一种连续拼接型螺旋折流板换热器。基于流体力学基本原理与周期性充分发展模型理论,对连续拼接型螺旋折流板换热器壳程流场与温度场进行数值模拟,研究表明：雷诺数在2000~10000范围内,当螺旋角为70°时换热器的综合换热性能最好,且是同尺寸单弓形折流板换热器的15~21倍;利用多元线性回归方法推导出了连续拼接型螺旋折流板换热器壳程对流换热系数与压降的准则数关系式。     

三分螺旋折流板换热器壳侧传热特性试验

对倾斜角为20°、24°、28°、32°单头和32°双头周向重叠三分螺旋折流板换热器和作为对照的弓形折流板换热器的水-水传热和压降性能进行了测试;得到了总体传热系数K、壳侧换热系数ho、壳侧压降Δpo等参数和ho/Δpo综合性能指标随壳侧流量的变化曲线。试验结果表明倾斜角20°方案的性能指标均好于其他方案,且其壳侧换热系数和单位压降的壳侧换热系数综合性能指标比弓形折流板换热器方案平均分别高出25%和100%以上。