横掠螺旋管束流动传热的数值模拟

螺旋管是一种紧凑式换热器的芯体形式,在工程中有较多应用。本文对螺旋管管束的流动传热情况进行了数值模拟研究,无量纲螺距0.15～0.3,进口雷诺数1000～5000,获得了横掠复杂螺旋管束的流场和温度场。结果表明：管外平均努赛尔数随雷诺数的增大而增大,欧拉数随雷诺数的增大而减小;减小螺距使平均努赛尔数和欧拉数均增大,且对欧拉数的影响要明显大于努赛尔数。同时通过对数值结果进行拟合给出了管束换热的关联式,式中考虑了无量纲螺距的影响。     

抛管式换热器应用于海水源热泵系统实例分析

针对海水源热泵应用中存在的海水直接进入机组的腐蚀及冬季海水温度过低直接进入热泵机组发生冻结的问题,该文提出将抛管式换热器应用于海水源热泵系统中,对系统进行简要介绍,建立确定换热器结构的数学模型。结合典型工程实例,对采用抛管式换热器、采用中间换热器与直接式海水源热泵系统3种方案进行经济性和环保效益的比较,得出采用抛管式换热器的海水源热泵系统在经济效益及环保效益方面均优于其他2种方案。     

H型换热器的数值分析及优化设计

对6种特定结构的H型鳍片管换热器的传热及阻力特性进行了数值模拟研究。运用Fluent软件分别模拟H型换热器中烟气侧及水侧的流动与传热过程,实现换热器管内、金属、管外换热的耦合计算,得到换热器工作过程中的温度场和速度场。讨论H型鳍片管结构参数对鳍片管换热器换热性能的影响,为该类换热器的优化设计和制造提供了有价值的参考依据。     

基于周期流模型的螺旋板换热器流动换热特性数值模拟

为了研究螺旋板换热器结构对其性能的影响,为换热器设计提供指导,采用周期流模型对螺旋板换热器流动传热性能进行数值模拟,结果表明:周期流模型适用于螺旋板换热器的流动传热问题;定距柱通过强化对流传热以及冲击换热提高换热器的传热性能;定距柱间距增大或板间距减小会降低换热器传热性能,减小压损;减小流向间距或板间距降低综合性能;横向间距、板间距增大或流向间距减小可提高换热器经济性;换热器传热和压损对横向间距的变化最敏感,而板间距对综合性能影响最大;流向间距对换热器性能影响不明显。     

螺旋槽管束管外对流换热特性的数值模拟

针对烟气横掠顺列螺旋槽管束外侧的流动传热问题,利用CFD技术、通过改变顺列螺旋槽管束的横向、纵向间距、螺距、槽深等结构参数,对烟气横掠螺旋槽管管外的流动传热特性进行数值模拟,分析多几何参数对螺旋槽管管外流动传热特性的影响,得出强化传热的原因和合理的结构参数。研究表明:螺旋槽管束管外传热特性数Nu比光管管束高7%-20.6%;随横向间距的增大,管外传热特性数Nu减小,烟气流动阻力也随之减小;纵向间距的增大使管外传热特性数Nu和烟气流动阻力均增大;增加螺距或减小槽深都可以强化换热,但烟气流动阻力也会增大;综合考虑,螺旋槽管束的横、纵向间距分别取s1/d=1.75-2,s2/d=1.5-1.75,螺距P取25-30 mm,槽深e取0.4-1 mm。     

螺旋管紧凑式换热器传热性能分析

数值模拟研究了紧凑式小管螺旋管换热器的流动换热特性.螺旋管换热器由35个单管(直管和弯管)构成,管外为空气冷却,管内流过不同温度的液体工质R141B.模拟结果表明,各单根螺旋管内外对流传热系数、温度分布和传热性能,主要受内外流体温度梯度、回流条件、外部空气流速和单根管的传热表面积等因素的影响.     

波纹板式换热器传热与流动特性分析

通过数值模拟的方式,对一种用于低粘度流体的波纹板式换热器的传热特性和阻力性能进行分析,以控制变量法分析了流体速度对传热特性及阻力性能的影响;搭建了板式换热器测试平台,验证了数值模拟结果的正确性和可行性;用等速法拟合了Nu-Re与Eu-Re的相关准则式,并采用JF因子评价换热器综合性能。结果表明：模拟结果与实验结果相比误差在10%以内;当流体流速小于1.0 m/s时,换热器传热系数和压降随着流速的增大而增大,但综合换热性能逐渐变差,在此流速范围内,总传热系数随冷流体进口温度升高而增大。     

管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响

为了获得管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响规律,对5种不同翅片管换热器进行了数值模拟研究,并进行了模化试验验证。结果表明:开缝翅片管束的传热和阻力特性与翅片侧气体的Re数有关,随着Re数增大,翅片侧Nu数增大,摩擦因子f逐渐减小;纵向间距S2对开缝翅片管换热器的综合流动传热性能的影响较大。数值模拟与试验结果偏差较小,采用数值模拟方法能够比较准确地分析开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。     

水平管外降膜蒸发微观传热特性

为了深入探究水平管降膜蒸发的微观传热特性,采用基于VOF法的计算流体模型对水平管外降膜蒸发进行数值模拟,通过求解控制方程得到液膜内的温度场和速度场。分析了不同入口边界温度和Re数下管外薄液膜内热边界层、无量纲温度和局部传热系数的微观传热特性变化规律,定量给出了热发展区与充分热发展区的边界位置。模拟结果表明:液膜入口温度越高,液膜热发展区覆盖的圆周角度越小;液膜内的热发展区覆盖的角度随Re数的增大而增加是平均传热系数随Re数增大的原因;管外圆周方向无量纲温度分布证明了液膜中的传热包含导热和对流传热;管外液膜内纯导热系数与局部传热系数的差值随倾斜角的增加而减少是由于对流效应沿管圆周方向减弱引起的。     

相变换热器烟气侧流动及传热特性的数值模拟

对壁温均匀的相变换热器换热管外烟气的流动状态与翅片管的换热过程进行数值模拟,分析烟气入口速度、翅片间距及翅片管横向间距、纵向间距对流动传热特性的影响。结果表明:随着烟气入口速度的增加,换热量和烟气流动阻力均增加;一定范围内增大翅片间距,能够强化传热性能,降低烟气流动阻力;翅片管横向间距的增大能强化传热,而纵向间距的增大会减弱传热性能,二者均能够降低烟气的流动阻力。     

基于线热源理论的垂直U型埋管换热器传热模型的研究

基于经典常热流线热源理论,通过引入叠加原理、阶跃负荷及孔洞热阻思想将其发展为能够适用于变热流埋管换热与地源热泵系统模拟的变热流线热源模型,并与改进的经实验与理论验证的圆柱源理论模型进行了比较与分析。结果表明:所发展的变热流线热源模型能够有效地模拟地下埋管的换热过程,可作为地下垂直U埋管换热过程的计算模型,为地源热泵地下埋管换热器的设计计算及地源热泵系统的模拟提供了一种新的简单而又实用的计算方法。     

高效换热管中R22传热特性的试验研究与分析

针对海水冷却的特点和要求,研究了Ｒ２２在高效换热管管内蒸发和管外冷凝的传热和压降特性,并就传热特性与相关文献报道进行了比较。实验结果表明,耐腐蚀铜合金高效换热管作为冷凝时,其传热性能比普通换热管要高出一倍左右。这些研究和分析对热泵空调换热器优化设计及海水高低温热源的应用具有重要意义。     

深层地埋管换热器换热性能模拟及稳定性研究

以深层地源热泵地埋管换热器为研究对象,对其换热特性进行数值模拟和实验研究。建立考虑轴向地温梯度的深层地埋管换热器传热模型并进行模拟计算,通过示范工程现场测试数据验证该模型的正确性。对深层地埋管换热器换热的性能稳定性进行研究,发现深层地埋管换热器连续长期运行及间歇长期运行下换热性能基本稳定。当按不同运停比运行时,岩土温度恢复效果良好。研究结果表明深层地源热泵有较好的换热性能及运行稳定性,为深层地热能的开发利用提供了新思路。     

Numerical evaluation and the effects of geometrical and operational parameters on thermal performance of the shell and double coil tube heat exchanger

Heat exchangers are extensively used in various industries. In this study, the impact of geometric and flow parameters on the performance of a shell and double helical coil heat exchanger is studied numerically. The investigated geometric parameters include external coil pitch, internal coil pitch, internal coil diameter, and coil diameter. The influences of considered geometrical parameters are analyzed on the output temperature of the hot and cold fluid, convective heat transfer coefficient, pressure drop, and average Nusselt number. Water is considered as working fluid in both shell and tube. As an innovation, double helical coils are used instead of one in the heat exchanger. To compare the obtained results accurately, in each section, the heat transfer area (coil outer surface) is kept constant in all models. The results show that the geometrical parameters of double helical coils significantly affect the heat transfer rate.     

太阳辐射对室外空气换热器性能影响的研究

太阳辐射对热泵系统的室外空气换热器的热工性能有显著影响。提出了通过修正换热器传热系数以考虑太阳辐射作用的计算方法，设计出了热泵系统的实验装置并由实测数据进行了计算，得出了有与无太阳辐射时的传热系数之间的关系式。该方法不但可以提高热泵系统的热工性能模拟和能耗分析的准确性，而且对热泵系统及其室外空气换热器的设计与安装具有指导意义。     

相变贮热管管内强化传热的数值研究

以管壳式相变换热器为例,研究了肋片对增强贮热管管内传热的影响。建立了内部设置肋片的贮热管放热过程的数理模型,分析比较了不同的肋片参数,如肋片布置密度、长度及厚度等因素对贮热管放热效果的影响,并通过瞬态传热过程的计算,确定了与多种肋片布置方式所对应的相变贮热管的有效导热系数。     

A two-region simulation model of vertical U-tube ground heat exchanger and its experimental verification

Heat transfer around vertical ground heat exchanger (GHE) is a common problem for the design and simulation of ground coupled heat pump (GCHP). In this paper, an updated two-region vertical U-tube GHE analytical model, which is fit for system dynamic simulation of GCHP, is proposed and developed. It divides the heat transfer region of GHE into two parts at the boundary of borehole wall, and the two regions are coupled by the temperature of borehole wall. Both steady and transient heat transfer method are used to analyze the heat transfer process inside and outside borehole, respectively. The transient borehole wall temperature is calculated for the soil region outside borehole by use of a variable heat flux cylindrical source model. As for the region inside borehole, considering the variation of fluid temperature along the borehole length and the heat interference between two adjacent legs of U-tube, a quasi-three dimensional steady-state heat transfer analytical model for the borehole is developed based on the element energy conservation. The implement process of the model used in the dynamic simulation of GCHPs is illuminated in detail and the application calculation example for it is also presented. The experimental validation on the model is performed in a solar-geothermal multifunctional heat pump experiment system with two vertical boreholes and each with a 30 m vertical 1 1/4 in nominal diameter HDPE single U-tube GHE, the results indicate that the calculated fluid outlet temperatures of GHE by the model are agreed well with the corresponding test data and the guess relative error is less than 6%.     

竖直U型埋管地下换热器的传热模型

以钻孔壁为界,将所研究的传热区域划分为土壤部分和钻孔内两部分.对于钻孔外土壤部分的传热过程,采用线热源理论建立非稳态模型进行分析讨论;在钻孔内,对一维模型和二维模型进行了对比,从而得出增强地下换热器换热的措施.     

连续型螺旋折流板换热器结构及性能研究

连续型螺旋折流板换热器一直受限于加工工艺而未能得到广泛应用,本文提出采用加装中芯管的方法,实现了连续型折流板的加工,并给出了连续型折流板螺旋升角和螺旋包络面的计算方法。利用Fluent软件,与现今应用较广泛的1／4椭圆形折流板换热器的流动和换热特性进行模拟比较。结果表明,连续型折流板换热器换热能力提高了近一倍,综合性能系数也提高了近30％,虽然1／4椭圆折流板压力降较小,但其折流板的漏流,也严重降低了传热能力。为在工程中推广应用连续型螺旋折流板换热器,本文提供了理论依据和技术支撑。     

熔盐单罐双盘管释热换热器布置方式优选

为了获得单罐内盘管换热器最佳的布置方式,利用数值计算的方法研究相同换热器面积不同盘管换热器布置方式对单罐蓄热系统释热性能的影响规律。结果表明,叉排双螺旋盘管换热器的释热性能优于单排盘管换热器,且内盘管高外盘管低（hi=90 mm,ho=174 mm）的布置方式换热器其释热功率、出口温度以及累计释热量最大。