板翅式热交换器研究进展

板翅式热交换器具有结构紧凑、高效的特点,近年来应用领域得到不断地扩展。综述了单相流和两相流板翅式热交换器入口封头、分布器以及流道的物流分配,翅片的传热和流动特性及表面特性,新型翅片、多股流板翅式热交换器的多目标优化设计,铝合金钎焊用钎料等方面的发展和研究进展情况。指出将CFD数值模拟、实验研究、理论分析3种方法有机结合是研究板翅式热交换器的有效手段,板翅式热交换器应用领域拓展,物流分配,新型翅片开发,钎焊技术,新材料、新工艺的应用,多相流、多股流板翅式热交换器的优化设计以及工艺计算软件的开发等将是今后的研究发展方向。     

多股流板翅式换热器的优化设计

研究了多股流板翅式换热器最优设计的问题,建立了以传热面积为目标函数的优化模型,该模型考虑了局部热负荷平衡的问题,同时针对多股流板翅式换热器的优化设计,对有关相平衡模型,传热模型等进行了分析。实例优化计算结果表明,优化设计可使多股流板翅式换热器在满足给定的约束条件下,节约大量的传热面积。优化模型具有概念明确、方法简单的特点。     

���������ʽ���������ȼ���

本文把套管换热器的基本原理用于三股流板翅式换热器的传热计算,并作了改进,提出了三股流板翅式换热器的简单而实用的传热计算方法。和其他方法比较表明,本法简单实用,有较高的精确度,完全能满足工程设计的需要。     

石油化工用无相变多股流板翅式换热器的传热计算

正确进行多股流板翅式换热器的传热计算,是该设备设计时首先应解决的问题。本文论述了其传热计算的数学模型及计算方法,并通过三台乙烯换热器的计算表明,该方法具有物性数据正确,传热计算合理,程序适应性强,内存小和计算时间短等优点。     

板翅式换热器翅片表面性能的三维数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)方法对板翅式换热器单通道流场进行了数值模拟。得出不同结构参数和操作参数下3种常见翅片的表面性能曲线,并分析了平直翅片的翅片高度和翅片间距、锯齿翅片的切开长度、波纹翅片的波幅与波距对翅片表面流动与传热性能影响。所得结论可为板翅式换热器的设计和优化提供有益的参考。     

板翅式换热器工艺设计软件的开发

板翅式换热器(简称冷箱)大多是多股流体在同一台设备中进行气-气、气-液和液-液的冷却、冷凝及蒸发等复杂热交换,因此其工艺设计非常困难。目前,国内虽已引进10余套大型乙烯和轻烃回收成套装置,但从未引进过扳翅式换热器设计技术,故多股流板翅式换热器的工艺设计方法一直未能解决。     

混沌流翅片防结垢研究

针对板翅式换热器存在的结垢问题,采用新型混沌翅片来改变流道内的流动状态,利用数值计算的方法获得混沌翅片形成流道的RTD(Residence Time Distribution)曲线,直观地测定了流道死区、活塞流及全混流各部分所占的体积分数,得出了Pe数并分析了其对结垢的影响。结果表明,随着周期的增加,混沌翅片流道内的死区体积减少,活塞流体积增加,Pe数也增大,有利于流道抗结垢。通过对比,证实了混沌翅片在板翅式换热器防结垢中的工程实用价值。     

铝板翅式换热器翅片表面性能的试验研究

目前,国内进行板翅式换热器设计时,直接采用日本神户钢铁公司的翅片表面性能曲线势必会导致板翅式换热器热力设计有较大的误差。为此,设计并搭建了一台翅式换热器翅片表面性能试验装置,对锯齿形、波纹形、百叶窗形3种常见的铝翅片表面进行了冷态和热态试验研究,测定翅片表面传热性能和摩阻损失曲线,得到了雷诺数Re与传热因子j、摩擦因子f的关系。试验结果表明,国产翅片的摩擦阻力与国外接近,甚至低于国外,而传热性能大约低10%;在Re>4000时,随着雷诺数的继续增大,国产翅片传热性能降低较快,这说明国产翅片的加工工艺、制造精度和材料冶金工艺等虽已接近国外先进水平,但还有待进一步改进。     

铝制板翅式换热器空气侧传热特性研究

铝制板翅式换热器在气体与液体换热方面应用广泛,其特点是传热效率高、结构紧凑、单位体积传热面积大等。本文利用Kays和London的稳态法对锯齿形翅片的铝制板翅式换热器进行乙二醇与空气换热的试验测试,参照威尔逊绘图法对测试数据进行了处理,得到乙二醇侧与空气侧的传热特性。     

纵向翅片管管外换热与阻力特性的实验研究

换热器管外强化传热技术主要是对光管合理肋化 ,即在光管上敷设一定形状的翅片进行强化换热 ,翅片对扩大换热面积和改善流体的流动状态均有较显著的作用。但纵向翅片管却依赖进口。为此 ,采用修正的威尔逊修正图解法 ,利用稳定工况下测得的实验数据 ,研究了焊接式纵向翅片管换热器翅片侧的传热特性和阻力特性 ,并与同规格光管换热器做了对比 ,得到了在一定物性和流态下该种换热器的换热及阻力准则关系式。在相同的Re情况下 ,纵向翅片管换热器传热系数K值明显高于光管换热器 ;在Re值较低的情况下 ,翅片管外翅片的强化传热效果更好 ;与有折流板的光管换热器相比 ,纵向翅片管换热器壳程压力损失较小     

大型LNG换热器结构设计及换热性能模拟

板翅式换热器目前广泛应用于中小型天然气液化工厂,当其应用于大型天然气液化领域时,由于需要多个冷箱及板翅式换热器并联进行作业,由此带来的流体均布问题较难解决,进而导致换热性能显著下降,这一因素制约了板翅式换热器的大型化应用进程。对现有板翅式换热器结构进行了优化设计,开发出一种新型板翅式换热器换热结构,并对其换热性能进行模拟计算,结果表明,新型板翅式换热器在天然气处理规模较大时,具有较好的换热性能,该研究结果可为大型板翅式换热器结构设计提供参考。     

板翅式换热器的研究与应用进展

简述了板翅式换热器在设计理论如表面特性及选择、传热和流动分析、计算机辅助工程、结构设计等方面的研究成果。分析讨论了板翅式换热器在制造工艺如真空钎焊工艺、高热流密度的换热表面技术、钛和不锈钢换热器的钎焊工艺等方面的新进展和存在的问题。指出板翅式换热器的技术发展趋势是 :耐高压、高温和耐腐蚀新材料的应用 ,扩散熔合焊和超塑性成型等先进制造工艺的研究 ,多相流传热机理及基于CFD技术的设计新方法的研究等     

开槽螺旋翅片管换热器传热与流阻性能研究

开槽螺旋翅片管换热器是在连续螺旋翅片管的翅片上均匀开许多小口 ,与普通的连续螺旋翅片相比 ,其传热面积有所增加 ,间断的翅片反复地激发传热边界层上的湍流 ,可强化传热效果。将开槽螺旋翅片管换热器的传热和流动性能的试验研究与普通连续螺旋翅片管换热器的传热和流动性能进行比较 ,结果表明 ,开槽螺旋翅片管换热器具有更好的强化传热效果 ,在实验范围内 (Re =30 0 0～ 15 0 0 0 ) ,开槽螺旋翅片管换热器的传热系数是普通连续螺旋翅片管换热器的 1 2～ 1 4倍 ,而流阻增加不多。     

变截面管换热器传热与阻力性能

对两种不同节距的变载面管进行了管内和管束的传热与流体阻力试验,并与光管及光管换热器进行了比较。结果表明,变截面管是一种能强化管内、管外传热的双面强化管,且其变截面部分能互相支承形成壳程的扰流元件,替代了管束的折流装置,使换热器整体结构紧凑,壳程的传热进一步强化,但管程的流体阻力比光管稍有增加。     

板翅式热交换器中一种新型正弦波纹流道的数值模拟

采用数值模拟方法对板翅式热交换器周期性正弦流道中层流流体的传热性能进行研究,得出了翅片流道截面结构尺寸、振幅和波长对正弦流道传热综合性能的影响。结果表明,传热综合性能随截面宽度增大而降低,随着波长的增大而增大。截面高度对传热综合性能的影响呈现出不规律性,当截面高度5mm时综合性能最佳。振幅对综合性能的影响随雷诺数不同而不同,Re=50时随振幅增大综合性能不断降低;Re≥100时,在相同Re下,随着振幅增大,综合性能也提高。模型截面宽度2.5mm、截面高度5mm、振幅2mm、正弦波长30mm时具有最佳的综合性能。     

多股流换热器精确数学控制的反问题算法

在两股流换热器精确数学控制的基础上,提出多股流换热器精确数学控制中的反问题算法,对于其中存在的难以解决的多个待定系数的不适定问题,采用综合法首先将多股流换热器综合成两股流换热器,然后通过对数平均温差法来作为获得辅助流体调节量的反问题算法,最后通过多股流换热器的精确数学控制实验表明,这种控制方法无论从控制精度还是控制速率上都达到了很好的控制效果.     

管外翅片强化传热途径与研究进展

介绍了管翅式换热器管外翅片强化传热的措施及其最新研究进展 ,总结了不同翅片形式强化传热的机理及翅片参数对传热与流阻的影响规律。提出了翅片尺度的新概念 ,并指出了今后的研究方向。     

低雷诺数混沌流翅片传热和阻力性能研究

应用CFD软件FLUENT对新型混沌流翅片单通道模型进行了数值模拟,分析比较了不同结构参数和流速对新型混沌流翅片表面流动与传热性能的影响。模拟计算结果表明,尺寸效应对混沌流翅片中混沌流的产生影响不大,只要达到一定雷诺数,流动就会进入混沌状态;在此基础上得到了翅片摩擦因子f和传热关联式。通过实验验证了关联式计算数据与实验数据最大误差不超过11·2%,表明将数值模拟应用于新型混沌流翅片的研究是可行的,为混沌流翅片的研究和应用提供了一定的参考。     

内翅片环形管内高粘度流体强化传热数值模拟

以空气、水和油为工作介质,采用层流及湍流模型对内翅片环形管内的流动与传热特性进行数值模拟,重点讨论粘度变化对内翅片环形管传热规律的影响。采用有限容积法对计算区域进行离散,采用SIMPLEC算法处理速度和压力耦合问题,固体壁面上的速度采用无滑移边界条件。结果表明,3类流体在湍流状态下,油的综合传热因子最大,并随着Re的增加而增大,当Re在8000以上时,其综合传热因子趋于饱和状态;在层流状态下,粘度越大,流体局部Nux越大,其入口段效应的影响范围越大。在层流到湍流范围内拟合出内翅片环形管的流动与传热准则关联式,为内翅片环形管及相关紧凑式换热器的工程设计及应用提供了理论依据。     

管壳式换热器模拟中壁面函数选择分析

为了比较不同壁面处理方法对管壳式换热器壳侧流体流动和传热的影响,建立了折流板换热器壳侧数值模型,应用大型CFD软件Fluent对其在湍流流动下的流动与传热特性进行数值计算,并将数值计算结果与试验数据进行对比。结果表明,在相同边界条件下,选择不同壁面处理方法,所得计算结果有一定的差别,并且主要差别发生在进口段及折流板附近流体流动发生剧烈变化的区域,但3种壁面处理方法均满足工程计算需要,其中采用增强壁面函数法模拟结果与试验结果最为接近,能更为准确地计算折流板换热器壳侧复杂流动。