内置组合转子换热管综合传热性能的数值模拟研究

通过对光管、内置螺旋两叶片和内置加轴螺旋两叶片两种结构组合转子的换热管的综合传热性能进行了三维模拟,分析了换热管内部的流场、速度场、温度场以及压力场,得到了管内流体的阻力特性和传热特性。模拟结果表明,内置组合转子换热管内的三维流动复杂,且有较强的湍动程度;相同雷诺数条件下,装有螺旋两叶片转子和加轴螺旋两叶片转子换热管的努赛尔数分别比光管提高了(1.32¹.35)倍和(1.431.35)倍和(1.43¹.47)倍,但引起的管内阻力系数也分别比光管增加了(134.61.47)倍,但引起的管内阻力系数也分别比光管增加了(134.6¹44.)8%和(126.5144.)8%和(126.5¹34.8)%。可见,加轴螺旋两叶片转子对换热管内传热能力的提高更为显著,同时也产生了一定的管内阻力,为综合考虑传热和阻力两方面因素,引入了综合评价指标(PEC)。对两种转子的综合评价指标值进行对比,加轴螺旋两叶片转子的综合传热性能更好。     

热量运输机理及在管内螺带强化传热的应用

在较小流速和较低粘度的假设条件下,通过对流体微元能量方程变换,提出热量运输的观点.据此观点分析影响对流传热的主要因素并发展场协同理论.对螺带插入换热管内的流体受力情况进行分析,指出各个力对流场的影响.结合热量运输的观点,提出改善管内流动阻力、提高综合传热效率的方法.运用数值模拟得到管内流体流动和传热特性的分布规律.分析表明螺带后光管长度大约500～600 mm时,此段光管具有最大的综合传热系数.分析还表明在较长换热管条件下,螺带插入长度有更大的调整空间,可根据实际情况调整螺带长度以获得较大的传热系数或者较低阻力损失,而综合传热系数依然保持较高水平.证实了在热量运输机理指导下开发新的强化传热结构的可行性.     

内置式温差发电器热通道的数值模拟

内置式结构在强化传热的同时将不可避免的对流体的流动产生阻力,为研究不同内置结构对温差发电器热端综合换热效果的影响,利用fluent商用软件对热通道的内流场和换热特性进行了数值模拟。详细介绍了从CAD软件辅助建模,网格划分和边界层定义到计算结果输出与后处理的整个过程,并通过计算得出了不同速度条件下光管、内置板以及内置粗糙肋板等热端模型的阻力与传热特性,并通过对计算结果的分析为热通道的结构优化指出了方向。     

内置旋转扭带换热管的传热强化机理

针对换热设备的低效率和污垢沉积问题,研究开发具有强化传热和污垢在线清洗双重功效的旋转清洗扭带技术.提出旋转扭带强化传热的机理包括:①换热管当量直径减少效应强化.②近管壁区域流速加大效应强化.③螺旋线流动流速加大效应强化.④二次流流速增大效应强化.对旋转扭带的这些强化传热机理进行理论分析,建立湍流工况下强化传热的努塞尔数预测关联式.研究结果表明:当扭率大于等于10时,当量直径减小效应和近管壁区域流速加大效应是传热强化的主要控制机理;当扭率小于10时,螺旋线流动流速加大效应是强化传热主要控制机理.二次流流速加大效应对强化传热的贡献与其他三种机理相比相对较弱,只有在扭率小于等于1时,对强化传热的贡献份额才比较大.对内置旋转扭带换热管的努塞尔数预测值与试验值进行了比较,两者吻合较好.     

圆鼓泡管内湍流脉动强化传热数值模拟

通过数值模拟,研究了圆鼓泡管内脉动流动速度的幅值、频率对传热和阻力性能的影响。结果表明:脉动流动对热管传热性能起到强化作用,相比无脉动情况下,传热被强化最高可达9.45%;在增强传热的同时,沿程阻力增加;通过综合性能评价准则数可知,圆鼓泡管和管内流体脉动流动起到复合强化传热效果。     

换热管内置塑料扭带阻力及转动特性的试验研究

换热管内王自旋扭带能够起到在线除垢防垢和强化传热的双重作用,是换热器节能降耗的有效途径之一.为了研究扭带的主要结构参数对扭带阻力及转动特性的影响,将9根不同结构参数的塑料扭带安置到换热管,比较在不同流速下,扭带管的压力降和扭带转速的变化规律.用多元线性回归方法.推导出了实验状态的扭带阻力、扭带转速关联式.结果表明,除流速外,扭带节距和带宽是影响压力降增量的主要因素;扭带节距是影响扭带转速的主要因素.为以后有效制作和选取扭带提供了理论依据.     

内置开孔梯形波带换热管数值模拟及实验研究

提出一种新型开孔梯形波带插件,目的是减少传统波带对流体产生的过高阻力,增加其Re数适用范围。建立相应的物理和数学模型,采用Fluent对其不同结构参数设定下的传热与流动特性进行数值模拟并对插件结构进行了设计优化,同时通过实验验证模拟结果并根据实验数据拟合出4000Re10000时内置开孔梯形波带的换热准则关系式与管内流动阻力关系式,为开孔梯形波带实际应用提供理论依据。研究结果表明:新型开孔梯形波带在中高雷诺数条件下减阻效果明显,综合传热性能优于传统梯形波带并且具有一定的核心扰流作用。     

高粘度流体中转子旋流长度的数值分析

研究了介质为60%甘油时换热管内螺旋两叶片转子的旋流特性。通过实验验证,得到了介质为高粘度流体时强化传热的数值模拟方法。使用该模拟方法,通过对比纵向涡量云图、轴向速度云图和湍动能云图对单个螺旋两叶片转子的旋流长度进行了分析研究,得到螺旋两叶片转子的旋流长度为80mm。同时对内置不同间隔距离转子的换热管的传热及阻力性能进行了模拟研究,并将模拟结果进行了对比以得到转子排列的最佳间隔距离,即转子的旋流长度,从而验证了之前的分析结果。     

缩放管内脉动流传热性能研究

分析研究了缩放管内脉动流的传热性能,利用Fluent数值模拟脉动振幅、脉动频率和扩缩比对缩放管传热和沿程阻力的影响。研究结果表明:缩放管内脉动流的传热性能要优于缩放管内流体稳态流动,与缩放管内流体流动为稳态时传热强化了11.4%左右;缩放管内脉动流强化传热同时也增大了沿程阻力;对综合评价指标数的分析得到脉动流条件下缩放管的传热性能显著增强。     

非均匀热流边界条件换热管内流场优化研究

针对太阳能集热器换热管的强化换热问题,对在周向非均匀热流边界条件下基于场协同理论管内的流场分布进行了研究。采用了数值模拟的方法,利用变分法构造拉格朗日函数,求出了附加体积力的动量方程;对纵向涡流和换热管传热系数之间的关系进行了归纳,提出了流场优化强化换热,进而提高太阳能热利用率的方法。研究结果表明:周向非均匀热流边界条件下换热管内纵向涡流可以明显地强化管内的对流换热,但同时流体流动的阻力也随之增大,并且流动阻力的增加幅度要小于对流换热增强的幅度;纵向涡流流速越大,进口流体雷诺数越小,流体具有更为优良的综合强化换热特征。     

内螺旋管两相流沸腾传热和摩擦阻力特性的试验研究

本文阐述国产300MW直流锅炉采用的ψ22×5.5mm四头碳钢内螺纹管高压汽水两相流沸腾传热特性和摩擦阻力特性的试验研究结果。沸腾传热试验参数范围为：压力P＝9.8～22.6MPa,质量流速G＝650～1750kg/m 2·s,内壁热负荷q＝200～610kW/m 2。摩擦阻力试验参数范围为：压力P＝9.8～20.6MPa,质量流速G＝1530～3560kg/m 2·s,蒸汽干度x＝0～1.0。通过试验,得出了内螺纹管的壁温变化规律、发生传热恶化的条件、抑制沸腾传热恶化的效果及两相流摩擦阻力的计算式。还提出了一个反映内螺纹管的结构参数对其传热特怀影响的无因次数,并对几种头数相同的内螺纹管的传热特性进行了比较和评价。     

Heat transfer and resistance characteristics of conical spiral tube bundle based on field synergy principle

Conical spiral tube bundle are universally used in heat transfer enhancement in heat exchangers.The heat transfer and resistance of the tube bundle are affected greatly by the conical structure,so the ...     

扭曲管管内传热及流动特性数值模拟

扭曲管是应用于制冷行业中新型管壳式换热器的高效换热管,强化了管内传热,壳程不设折流板以降低壳程流阻。本文通过数值模拟研究了扭曲管管内传热及流动特性。通过建立不同规格的扭曲管物理模型,得出扭曲管的扭曲程度S/de越小、截面压扁程度Ai/Bi越大,扭曲管的强化传热性能就越好,但是同时流阻也会增大;反之则相反。     

发夹式换热器管束流致振动数值模拟研究

运用计算流体力学方法,采用ANSYS CFX软件对发夹式换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟。流场计算中采用多孔介质模型对管束区域进行简化,分析了壳侧流场的速度分布,结果表明:直管段部分的流体湍流强度大于弯管段,且外层管束所在区域为高流速区,受流体冲刷严重。结合流场信息,通过功率谱生成随机激振力,采用ABAQUS软件模拟计算了湍流激振下管束的振动响应,结果显示管束的面外均方根位移远大于面内位移,且弯管部分的振动位移最大。该研究结果可为发夹式换热器的性能分析和优化设计提供参考和依据。     

新型高效扭曲管双壳程换热器的研制

应用计算流体力学模拟了不同扭距下扭曲管的传热性能。通过实验室测试并比较扭曲管换热器和弓形折流板换热器的传热性能差异;介绍了扭曲管双壳程换热器的结构设计创新。通过工业试验产品在某厂的成功应用,验证了该新型高效扭曲管双壳程换热器的综合强化传热能力比传统折流板换热器提高30％～40％,节能效益显著,工业应用前景广阔。     

低压降高效换热器复合强化传热试验研究

大小孔折流板与圆弧波纹管都是近几年提出的降低换热器壳程压降和提高传热效果的结构元件。针对大小孔折流板和圆弧波纹管的特点,提出了将两者相结合的低压降高效换热器,并试验研究该换热器的流动和传热性能。结果表明,换热器具有较低的壳程压降和良好综合传热能力。与光管的普通弓形折流板换热器相比,相同流量下,大孔直径为φ26mm的圆弧切线波纹管与大小孔折流板复合结构换热器的壳程板间压降可降低64％,虽然孔径较大时壳程膜传热系数有所下降,但总传热系数有明显提高。若以单位压降的传热系数来评判,圆弧切线波纹管与大小孔折流板复合结构换热器的强化传热性能要远高于普通弓形折流板换热器,最高值可达普通弓形折流板换热器的2．87倍。     

换热管内自旋弹簧工作性能试验研究

换热管内插自旋弹簧的几何参数对其强化传热和自动除垢效果有重要的影响，通过对多组试验结果的比较分析，得出了无量纲参数D1/S、D1／D0对换热管内自旋弹簧的转动特性和流体阻力特性的影响规律，并在大量试验数据的基础上归纳出一个换热管内自旋弹簧工作性能的综合评判准则——Lz准数。对如何筛选性能优越的弹簧有一定的参考价值。     

Heat transfer enhancement and pressure drop analysis in a helically coiled tube using Al2O3 / water nanofluid

In this experimental investigation, the heat transfer and pressure drop analysis of a shell and helically coiled tube heat exchanger by using Al₂O₃ / water nanofluids have been carried out under turbulent flow condition. The Al₂O₃/ water nanofluids of 0.1%, 0.4%, and 0.8% particle volume concentration have been prepared by using two step method. The tube side experimental Nusselt number of 0.1%, 0.4% and 0.8% nanofluids were found to be 28%, 36% and 56%, respectively higher than water. These enhancements are due to higher thermal conductivity of nanofluid, better fluid mixing and strong secondary flow formation in coiled tube. The pressure drop of 0.1%, 0.4% and 0.8% were found to be 4%, 6%, and 9%, respectively higher than water. The increase in pressure drop is due to increase in nanofluid viscosity while adding nanoparticles. The measurement of nanofluid thermal performance factor is found to be greater than unity. It is concluded that the Al₂O₃ nanofluid can be applied as a coolant in helically coiled tube heat exchanger to enhance heat transfer with negligible pressure drop.     

栅板式换热器的传热性能研究

建立了栅板式换热器板内流体流动的二维物理模型,通过数值模拟和冲渣水试验,分析了回收余热的栅板式换热器的传热性能。模拟了板间距和入口流速对流动和流阻的影响;试验测试了栅板式换热器的压降,分析栅板式换热器传热和流阻特性,并拟合出其传热和压降准则关系式。     

钉头管自支承式换热器的耦合传热及流场数值模拟研究

对钉头管自支承式换热器的结构进行合理简化,建立数值模型,用FLUENT软件对其温度场和流场进行数值模拟,分析比较了钉头管自支承式换热器对空气、水、润滑油3种介质的强化传热效果。结果表明钉头管自支承式换热器对粘度较小的空气介质效果更明显,其强化传热系数可达光管结构的1.7倍左右,压降为光管结构的1.04-1.08倍。