H型翅片管湿烟气对流冷凝传热的数值模拟研究

通过数值计算对湿工况下的H型和圆型翅片管换热器通道内充分发展段的对流冷凝传热特性进行模拟研究。计算采用压力与速度耦合的SIMPLER算法,湿烟气流速范围为1～5 m/s,水蒸气质量分数范围为5%～13%。讨论了不同入口速度、水蒸气质量分数对H型翅片管和圆型翅片管传热传质系数、传热量、冷凝水流量和翅片效率的影响,并进行定量比较分析。计算结果表明,H型翅片管的传热能力强于圆型翅片管,但冷凝生成量较圆型翅片管小,同时H型翅片管的总翅片效率和潜热翅片效率小于圆型翅片管。     

湿工况下平翅片传热传质实验与数值模拟

研究了湿工况下2排错列平翅片管换热器,迎面风速在0.77～3.06 m·s^-1范围内的传热特性：潜热换热量先是随迎面风速的增加而增加,当迎面风速增加到一定值后,潜热换热量受迎面风速的影响很小;与干工况相比,湿工况下空气侧的对流换热系数有所增加。在实验研究的基础上,为降低数值求解的难度,引入了“壁面反应”来模拟水蒸气在冷壁面的相变传热、传质过程,建立了湿工况平翅片管换热器空气侧三维传热、传质的简化模型。得到了湿空气的温度分布及水蒸气组分分布,并用场协同理论就迎面风速对传热、传质的影响进行了分析。将数值计算的结果与实验数据进行了对比,两者吻合很好。     

脱硫湿烟气喷淋冷凝过程数值模拟研究

大中型燃煤电厂多采用湿法脱硫技术,脱硫过程导致大量水分蒸发,600 MW机组经湿法脱硫后排放的烟气中携带水蒸气超过200 t/h。脱硫湿烟气中的水蒸气及低温余热是燃煤电厂水资源和能量损耗的重要部分。为降低烟气中的含湿量,有效回收烟气中的水分及余热,同时解决因湿烟气中水蒸气凝结引起的烟囱腐蚀、"石膏雨"及"白烟"等问题,基于Fluent软件,构建三维稳态CFD模型,对湿法脱硫后烟气的冷凝过程进行数值模拟研究,将优化设计后的冷凝室作为计算对象,充分考虑气液两相流之间的能量、质量、动量交换,全面讨论了冷凝室本身结构和气液两相参数对传热传质的影响。结果表明:两喷淋层的布置存在最佳间距,模拟中最佳间距为1 m,此间距可使液滴在冷凝室内停留时间和气液接触均匀性同时达到较高水平。在一定的烟气流速范围内,烟气流速高,烟气在冷凝室中停留时间短,气液两相接触时间少,换热程度差;烟气流速低,烟气雷诺数小,湍流流动弱,单位时间单位面积处理的空气量小,故存在最佳烟气流速,研究表明,最佳烟气流速为3.5 m/s。适当增大液气比、合理减小液滴直径、降低喷淋液温度、加大喷嘴角度,都可有效保证流场均匀性,提高气液接触强度,增强气液之间传热传质效果。但增大液气比需较大水量,不利于节水节能;降低喷淋液温度可加大换热温差,但需较低的冷却水源;加大喷嘴角度对提高冷凝效果幅度有限。其中减小液滴直径是最有效的方法,采用雾化程度好的喷嘴,使液滴直径小于210μm,可将湿烟气从323 K冷凝至311.75 K,600 MW机组每小时可回收至少80 t水资源以及6.59 MW能量,达到节水节能、"消白"、除尘一体化的目的。     

析湿工况下带亲水层开缝翅片管换热器空气侧传热传质特性

对7个带亲水层开缝型翅片管换热器在析湿工况下空气侧传热传质特性进行了实验研究，分析了翅片间距和入口相对湿度对空气侧传热传质特性的影响。结果表明，随着翅片间距的增加，空气侧的传热传质特性均逐渐减弱。入口相对湿度对空气侧的传热特性几乎没有影响。随着入口相对湿度的增加，空气侧的传质特性逐渐减弱。开发了反映空气侧传热特性的Colburn传热因子Jh和反映传质特性的Colburn传质因子Jm的关联式，所开发关联式在±15%误差范围内分别能涵盖96.6%和81.4%的实验数据，其平均误差分别为5.3%和8.5%。     

平直翅片管翅式换热器流动与传热数值模拟

采用Fluent软件,建立了考虑边界加密的六面体网格模型,对平直翅片管换热器通道内的传热与流阻进行了数值模拟计算。得到了传热系数与Fanning流阻系数f的沿程分布,以及速度、温度分布。同时,得到了不同操作参数下的平均Nu和Fanning阻力系数f,为进一步采用强化传热措施打下基础。     

析湿工况下波纹翅片管换热器空气侧换热与压降特性

研究了析湿工况下1、2排波纹翅片管换热器空气侧换热与压降特性,结果表明：管排数对空气侧换热特性的影响明显,2排管的换热因子要比1排管的换热因子大约60%,而管排数对空气侧摩擦因数影响则不明显;翅片效率随冷水入口温度的降低而增加,随入口风速的增加而快速降低;与其他学者的预测模型相比,换热因子偏小30％。     

析湿工况下平直开缝翅片传热传质特性的数值研究

针对现有冷凝模型计算中未考虑对流传质对传质通量的影响,利用Fluent软件中的UDF建立了新的对流冷凝传热模型和基于场协同理论的传热传质特性分析方法。使用新的冷凝模型和分析方法对除湿条件下,入口参数、翅片结构、开缝位置对平直开缝翅片换热器湿空气侧的流动、传热和传质特性的影响进行了研究。结果表明：考虑对流传质的冷凝模型准确度得到提升;传热量、冷凝量随翅片表面开缝高度的增加先减小后增加;上游开缝翅片管的传热量、冷凝量均低于下游开缝翅片管,利用建立的分析方法发现,相同边界条件下,下游开缝翅片的传热场协同角α_m、传质场协同角β_m均小于上游开缝翅片,表明下游开缝翅片的速度场、温度梯度场和浓度梯度场的协同性更优,传热传质能力更强。     

双缝翅片管翅式换热器传热与流动数值模拟研究

采用FLUENT软件,建立了双缝翅片管翅式换热器三维物理模型。采用RNGκ-ε湍流模型,对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。结果表明,双缝片可使传热提高22.7%~42%;阻力的计算结果表明,与平直翅片相比,总体阻力系数增加28.29%~54.92%。     

瓷质砖湿坯对流干燥过程的传热传质研究

引用建立于Whitaker的体积平均方程和Darcy定律基础止的多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型，寻出一组关于液体饱和度、温度和气相压力的新支配方程，应用该方程组对瓷质砖坯体干燥过程进行了数值分析和实验测定。在平均含湿饱和度的变化方面，数值解与实验结果十分吻合。还改变影响坯体干燥过程的一些因素进行计算机模拟计算，通过改变这些因素的大小来考察计算结果，以期获得某些定性或定量的结论，从而用以指导实际生产过程。     

振荡流通过内插螺旋翅片管传热特性的数值模拟

振荡折流换热器广泛应用在包含传热传质过程的化工过程中,本文对管内插入螺旋翅片的振荡折流换热器进行了三维非稳态数值模拟,模拟在斯特劳哈尔数St=2,4,8和振荡雷诺数Reo=20,40,80范围内进行。通过作出瞬时三维流线,以观察流动状态随时间变化规律,发现其中有纵向涡和横向涡的周期性形成和脱落;得到了圆管周向局部传热系数随时间变化规律,以及不同振荡参数（St和Reo）下周向平均传热系数随时间的变化规律。结果表明：局部传热系数沿周向不均匀分布,并在翅片斜对面达最大;周向平均传热系数随时间周期性变化,时间平均传热系数随振幅增大而增大,但受频率影响却不明显;在本文讨论的参数范围内,平均传热系数最大可达圆管层流的4倍。     

内翅片管中堵塞芯管直径优化的数值模拟

采用可实现的k-ε湍流模型和壁面函数法对带不同直径堵塞芯管的内翅片管内空气的湍流流动和换热特性进行了数值模拟,利用试验数据检验了计算方法的正确性。在对不同流量下改变芯管直径进行数值模拟的结果表明：在一定流量下,芯管外径与外管内径之比存在着一个最佳值,使单位压降、单位翅片面积下的换热量最大,而且随着流量的增加,最佳芯管外径与外管内径之比呈减小趋势。在本文所研究的参数范围内,这一最佳比值在0.5-0.625之间。同时也对在相同压降条件下进行了数值计算,结果表明,当芯管外径与外管内径最佳比值为0.4-0.56左右时,单位翅片面积下的流量和换热量之积达最大值。这一结论为内翅片管的优化设计提供了重要依据。     

新型纵向流一体式翅片管换热性能数值模拟

为达到提高壳侧传热系数的同时又具有较低的压力损失的目的,提出了新型纵向流一体式翅片管。针对翅片与管壁夹角的变化影响传热效率的问题,根据有无翅片、翅片夹角的不同、翅片种类的不同,利用计算流体力学(CFD)软件建立了7种周期性单元流道,并对壳侧流场和传热场进行了三维数值模拟,分析了不同流速的介质在流道中的扰动、压降及温度变化。模拟结果表明,在所有的翅片管中翅片夹角为105°翅片管的换热系数最高,翅片夹角为105°翅片管换热系数约为光管的1.4—1.6倍,压降仅为横向掠过的圆形翅片管的0.018—0.15倍。翅片夹角为105°时,翅片管综合性能较优,对烟气换热器应用提出了数值保障。     

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330 MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象，采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型，以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性，通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO₂化学吸收过程，获得了SO₂浓度与浆液pH的径向分布特性，详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响，结果表明局部液气比分布特性是影响SO₂径向分布的关键因素之一，可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能；随着气相侧SO₂浓度提高或液滴粒径减小，浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。     

三种内翅片管管内流动与换热特性

在恒热流边界条件下,对以空气为工质的分别带有3种不同纵向内翅片换热管的流动与换热特性进行了实验研究,实验管带有堵塞芯管.3种不同的纵向内翅片为：平直翅片、带有突起的翅片以及波纹形翅片.得出了所测参数范围内的换热与阻力的实验关系式.采用两种不同的标准对所测3根换热管的综合换热性能进行了评价,结果表明,带有波纹形内翅片的换热管在两种评价标准下均表现出了优异的综合换热性能.     

PVDF中空纤维换热管超疏水表面强化蒸气滴状冷凝传热

为了提高塑料换热管的传热性能，通过两步涂覆法制备了具有超疏水表面的复合塑料换热管。首先采用多孔PVDF中空纤维膜为支撑层，以导热材料纳米ZnO填充聚二甲基硅氧烷（PDMS）为皮层，制备了具有致密外表皮层的复合塑料换热管。其次为了强化蒸气的滴状冷凝传热，通过考察正硅酸乙酯含量，氨水含量等条件的影响，制备出了具有超疏水表面的PVDF复合塑料换热管。结果表明，所制备的换热管表面接触角可达154°，与熔融法及NIPS法制备的换热管相比，总传热系数可提高85.3%～147.3%。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

翅片板式传热器双流道传热与流动数值模拟

焊接型板式传热器的紧凑性好、质量轻、传热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识,因此人们纷纷对板式传热器内流动状态和传热机理展开研究。鉴于此,本文运用数值模拟软件Fluent对全焊接翅片板式传热器双流道进行模拟,在此基础上又进行了实验研究及实验数据与数值模拟的对比分析,得出不同结构参数和操作参数下翅片的传热系数和压力降,并分析翅片高度和翅片间距对翅片传热性能与流动阻力的影响。结果表明：①固定冷侧的入口速度和温度,热侧的传热系数和压降随之热侧入口速度增加而增大;②板间距一定时,翅片高度并非越高传热性能越好;③翅片间距越小,传热性能越好。