圆弧形三角翼翅片管换热器流动与传热特性的数值模拟

采用三维数值模拟方法对加装圆弧形三角翼和直三角翼涡流发生器的翅片管换热器的流动与传热耦合特性进行了研究.结果表明:Re在500～5 000时,圆弧形三角翼和直三角翼均可以提高换热器的传热能力,圆弧形三角翼强化传热的效果略低于直三角翼,但其流动阻力明显小于直三角翼;换热管顺排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了7.3%～11.5%;换热管叉排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了8.2%～9.5%;涡流发生器可以使流体产生垂直于翅片方向的速度分量,改善流场中速度场和温度场的协同性,从而增强传热能力.     

开缝布置方式对开缝翅片管换热器 传热与阻力特性的影响

为了获得开缝布置方式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：增加开缝会提高翅片管换热器的传热性能,但阻力也随之增加;与开缝位置相比,开缝数量对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响更大;在Re=4800~7500日时,开缝翅片管换热器综合流动传热性能 随着Re数的增大而增大;在5种翅片中,开缝翅片的综合流动传热性能高于普通平直翅片;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。     

直条缝翅片管换热器传热与流动阻力性能研究

为了解翅片间距、翅片厚度、翅片材料和基管材料对直条缝翅片管换热器的传热和流阻性能的影响,以及获得通用的换热与流动阻力计算关联式,对一种直条缝翅片管换热器进行了实验研究。通过风洞试验台共进行了7个试件的试验,试验过程中管内水的进口温度和速度保持60℃和1.5 m/s不变,进风温度保持21℃,入口风速为1.5～4.5 m/s。结果表明：在管外空气侧雷诺数Re_a为2647～8143范围内,随着翅片间距的增大,对流换热系数先增大后减小,存在一个峰值;翅片间距对阻力的影响与管外空气侧雷诺数有关,当Re_a≤5 000时翅片间距越小摩擦系数越大,当Re_a>5 000时,翅片间距越小,摩擦系数越小;翅片厚度的增加会增加对流换热系数和摩擦系数;紫铜(T2)翅片的对流换热系数高于8011铝合金(AL8011)翅片,但摩擦系数较低;T2基管的对流换热系数最高,铁白铜(B10)基管次之,316L不锈钢(316L)基管最低;不同的基管材料对摩擦系数没有影响。     

空冷凝汽器翅片管换热器阻力特性数值研究

水资源的匮乏使节水性能显著的直接空冷式发电厂在缺水富煤地区得到了迅速推广.翅片管换热器作为空冷凝汽器的基本组成单元,其流动特性是决定空冷凝汽器运行性能的关键因素.应用计算流体力学(CFD)方法,对不同迎面风速下单排及双排翅片管换热器的阻力特性进行了数值模拟.计算结果表明:对于2种不同形式的翅片管换热器,空气侧流动阻力皆随着迎面风速的增加而升高;双排管的流动阻力略大于单排管,且随着迎面风速的增加,双排管管束相对于单排管管束的压力损失增幅呈上升趋势.通过比较不同数量网格模型的数值模拟结果,验证了网格无关性,证明了模拟结果可靠.研究结果对提高空冷凝汽器乃至空冷电厂的运行经济性都具有重要的参考价值.     

翅片参数对开缝翅片管换热器换热与阻力性能的影响

在模化试验验证的基础上,通过数值模拟,获得了翅片间距P_f及开缝数量n_s对开缝翅片管换热器性能的影响规律:n_s≤6时,翅片侧Nu和流动阻力均随着P_f增大而减小;n_s6时,翅片侧Nu随P_f增大先减小后增大,而阻力逐渐降低;P_f=3.51～3.97 mm时,随n_s增大,阻力逐渐增大,n_s=4～6时,翅片侧Nu逐渐增大,n_s=6～8时,翅片侧Nu变化较小;P_f=3.97～4.43 mm时,n_s由4片增加至8片,翅片侧Nu和阻力均逐渐增大。根据不同结构的开缝翅片管换热器的综合流动换热性能,提出了P_f与n_s的最佳组合。     

翅片间距对平直翅片管换热器传热与阻力特性影响试验研究

为了获得翅片间距Pf对平直翅片管换热器的传热与阻力特性的影响规律,根据相似模化原理对3种不同Pf的平直翅片管换热器进行了试验研究。结果表明:雷诺数Rea在4 000~8 000范围内,努赛尔数Nua数随Rea的增大而增加,欧拉数Eua随Rea的增大而降低;同一Rea下,Nua随Pf减小而增加,但增加不明显,Eua随Pf增大而降低;同一Rea下,Pf越大,综合流动传热性能越好,但实际换热面积会减小,需综合考虑。研究成果可为汽轮发电机平直翅片管换热器的结构和性能优化提供依据。     

螺旋翅片管传热特性和阻力特性研究与应用

通过螺旋翅片管在工程中应用的例子介绍它的传热特性和阻力特性并给出了最佳结构尺寸。经工程应用表明，螺旋翅片管具有很强的工程应用价值和推广价值。     

滴状翅片管传热及阻力特性的试验研究

对滴状翅片管的传热及阻力性能进行了试验,给出了不同风速、温度下的试验结果。探讨了对流换热系数的分离方法。依据实测的数据,将管外空气横掠管簇的对流换热系数从传热系数中分离了出来。对管外的对流换热特性、阻力特性进行了分析研究,并整理成了无量纲准则式。试验表明滴状翅片管的阻力较小,试件性能达到国际先进水平。     

圆形翅片管换热器在余热回收中流动与传热特性

对一台用于烟气余热回收的圆形翅片管换热器进行结构分析,在实测数据的基础上,采用数值仿真模型对该换热器翅片间流体进行三维模拟研究,分析换热器的流场特性,包括翅片间气体流速、温度分布、压力损失、传热负荷等。结果表明在Re为8 300时,模拟的压差与理论计算基本吻合,且有翅片截面的烟气压力损失比不含翅片截面压力损失大7.7%,同时对不同高度的翅片对换热特性的影响做了模拟,为圆形翅片管换热器在余热回收的应用提供理论依据。     

螺旋翅片管束传热和阻力特性的试验研究

对13个不同翅片间距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距的螺旋翅片管束换热器在不同雷诺数条件下的传热和阻力特性进行了试验研究,得出了翅片间距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距及雷诺数与换热特性Nu和阻力特性Eu的准则关系式,并对准则关系式进行了分析.结果表明:随着横向管间距和翅片间距的增大,螺旋翅片管的传热得到强化,但随着纵向管间距和翅片高度的增加,螺旋翅片管的传热有所减弱;随着横向管间距、纵向管间距和翅片间距的增大,螺旋翅片管的阻力减少,但随着翅片高度的增加,螺旋翅片管的阻力增加.     

结构参数对纵翅片管换热性能影响的研究

纵翅片管是纵翅片换热器的核心部件,其性能的优劣直接影响到换热器的整体性能。当纵翅片管基管尺寸确定后,影响纵翅片管换热性能的主要结构参数就是翅片高度、翅片数目和翅片厚度。为了得到文中研究的纵翅片管的最佳结构参数,文中建立了这种纵翅片管的简化模型,并通过Fluent仿真软件对其进行仿真研究,得出翅片结构参数(翅片高度、翅片数目、翅片厚度)对管外换热和流动特性的影响规律,得到了翅片高度、翅片数目、翅片厚度的最佳参数。     

肋片管式换热器过饱和假设下结霜数学模型的建立

在空气和霜层之间为过饱和空气假设的基础上，针对平肋肋片管式换热器的结霜过程，建立了数学模型，考虑了霜层密度变化和霜层阻力引起空气流量减小等因素，并将结霜模型与换热器传热特性模型有机地结合起来。     

Numerical Study of Solid State Hydrogen Storage System with Finned Tube Heat Exchanger

Abstract

Absorption of hydrogen gas inside the metal hydride (MH)-based hydrogen storage system generates significant amount of heat. This heat must be removed rapidly to improve the performance of the system which can be accomplished by embedding a heat exchanger inside the MH bed. In this article, a tubular shape MH system, equipped with a heat exchanger consisting of copper tube and pin fin is presented. A detailed 3D mathematical model is developed using COMSOL Multiphysics 4.3b for the numerical study of absorption and desorption processes inside the storage system. Impact of various operating and geometric parameters on the charging time of the storage system has been examined. It is observed that these geometric and operating parameters influence the charging time of the storage system. In the last, the impact of heat exchanger material on the performance of the storage system is explored. It is found that aluminum made heat exchanger is the best for the storage systems. The absorption process is accomplished in 1152?s at the operating parameters of 15?bar, 298 K, and 6.75 lit/min. This numerical work suggests that the efficient design of storage system is very important for rapid absorption and desorption of hydrogen.     

管翅式散热器顺排结构与错排结构的CFD模拟

应用CFD技术对管翅式散热器顺排结构与错排结构的流体流动及换热过程进行了数值模拟,获得了两种结构流体的速度场图、温度场图、压力场图以及出口温度分布和出口压力分布等重要数据,并通过这些图形、数据对两种结构的流体流动特性和传热性能进行了比较。研究结果可以用于管翅式散热器结构的优化,为换热器设计提供指导。     

非对称翅片管换热器传热和阻力特性的数值分析

基于COMSOL软件建立了一种非对称翅片管换热器的三维模型,对空气侧的流动和传热特性进行了数值研究,与平直翅片管换热器进行对比,并进一步分析了不同雷诺数下交错角β对非对称翅片管换热器性能的影响.结果表明:在Re为3 239~9 700内,与平直翅片管换热器相比,非对称翅片管换热器的传热因子增大,平均增大量为13.95%,阻力因子减小,且随着Re增大其减小效果更加明显,平均减小量为4.80%;以MJF作为评价标准,且其他结构参数不变时,β=30°时MJF最大,换热器的综合性能最好.     

螺旋翅片管换热器设计校核计算软件开发

换热器在各类工程中应用十分广泛,而换热器的设计和校核工作量大,计算所需参考图表和资料多,效率普遍不高。基于前苏联锅炉计算方法 73标准、锅炉水力特性计算标准和锅炉空气动力计算标准为依托,以Fortran90作为程序开发语言,开发了螺旋翅片管换热器设计校核计算软件。该软件将换热器的结构参数和设计指标作为输入数据,直接输出传热和阻力的计算结果。软件计算结果与换热器实际测量值误差在3%以内。     

The Characteristic Temperature in the Definition of Heat Transfer Coefficient on the Fin Side Surface in Tube Bank Fin Heat Exchanger

The characteristic temperature in the definition of the fin side surface heat transfer coefficient of two tube bank fin heat exchangers is investigated in detail. The results reveal that if the average temperature of the fin side fluid is used in the definition of the fin side surface coefficient, a small discrepancy between the numerical and experimental results is obtained. The results not only give a technical definition of the characteristic temperature of the fin side surface heat transfer coefficient, but also imply that the discrepancy between experimental and numerical results may come from incorrect use of the characteristic temperature.     

不同排列方式下三角翼波纹翅片管换热器的换热性能比较

应用三维数值模拟的方法对加装三角翼涡发生器的波纹翅片管换热器的流动换热特性进行了研究.3排换热圆管按顺排和叉排2种方式排列.结果表明:三角翼产生的纵向涡包括1个主涡和1个角涡.顺排布置时,纵向涡不但改善了尾迹区的换热,同时还大大强化了三角翼下游管排壁面的换热;叉排布置时,纵向涡在遇到后一个波谷时很快被抑制,换热的强化主要作用于尾迹区.ReD=3000时,与无三角翼的波纹翅片相比,三角翼波纹翅片的j、f,因子在顺排和叉排布置中分别增加了15.4%、10.5%和13.1%、7.0%.在不同排列方式下,三角翼产生的纵向涡均提高了波纹翅片管换热器的换热性能.