倾斜螺旋片强化的套管换热器数值模拟

为了减小螺旋片强化的套管换热器的摩擦阻力系数f,提出倾斜螺旋片强化的方法.基于RNGk-ε模型对倾斜螺旋片强化的套管换热器进行模拟;将Re=2 362~16 860的螺旋升角α=35°,螺旋片倾斜角β=5°、10°、15°时的传热性能与光滑管以及α=35°的普通螺旋片强化管的传热性能进行对比;考察f、Nu和综合传热性能PEC值的变化规律;并运用火积耗散理论对传热性能进行分析.结果表明:模拟结果与实验结果吻合较好,证明模拟方法是可行的;普通螺旋片和倾斜螺旋片均有强化传热的作用,与普通螺旋片相比,倾斜螺旋片能够有效地减小f,且对f的减小程度随着β的增大呈现先增大后减小的趋势,分别减小了1.7%~3.3%、12.5%~14.5%和6.3%~7.8%;Nu随着β的增大呈现先减小后增大的趋势,但变化不大;倾斜螺旋片的PEC值均高于普通螺旋片,当β=10°时PEC值最高,相对于普通螺旋片的1.26~1.62,增大到1.38~1.71;采用倾斜螺旋片强化的火积耗散率均低于采用普通螺旋片强化的火积耗散率,当β=10°时,火积耗散率最小,与等泵功条件下所得出的结论吻合.     

套管式换热器注气强化传热数值模拟

为研究注气技术强化换热的效果,采用混合模型建立了立式套管式换热器的数学模型,对不同流动状态下的注气强化换热过程进行数值模拟,基于努塞尔数对强化换热性能进行评价,比较了不同流动状态下注气速度对换热器的速度场、温度场和压降的影响。结果表明,注入气泡能够促进流场产生垂直于壁面方向的运动,提高努塞尔数并降低压降,改善了换热器的换热性能;层流时强化换热效果最好,努塞尔数最大提升102%;过渡流和湍流状态下,气泡流速大小对努塞尔数和压降变化无明显影响。     

套管换热器湍流对流换热的数值模拟

为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响,笔者运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对套管换热器的整体进行了数值模拟.分别模拟了光管和波纹管套管换热器在湍流情况下的换热性能.数值计算结果表明:光管套管换热器的总传热系数K的数值计算结果与经验公式计算结果吻合很好;与光管相比,在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120%,但随着Re增大,其影响逐渐减小.     

管壳式换热器中旋流片强化管外传热的数值模拟

提出并分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管壳式换热器管隙间支撑物的传热强化机理.在实验基础上,采用周期性单元流道模型数值模拟了旋流片产生的衰减性自旋流的流动和传热特性,并采用分段综合因子分析了传热强化的机理.结果显示,旋流片能起到扰流作用,并使流体强烈地冲刷传热管壁面强化传热.有旋流片段的综合因子最小,尾流段的综合因子接近于1,在自旋流段的综合因子最佳,应当充分利用自旋流段低阻高效的特点对换热器进行优化.     

撞击流反应器中导流螺旋片强化撞击过程的数值模拟

为研究导流螺旋片对立式循环撞击流强化撞击过程的规律,提出最优的导流螺旋片尺寸.采用Fluent软件对立式循环撞击流反应器中增加导流螺旋片前、后的撞击过程进行数值模拟,得到了导流螺旋片厚度分别为0、10、20、30mm和螺圈数分别为0、1、2的反应器流场的速度矢量图、特征撞击面上的平均速度和速度均方根差,并对比分析了其传质性能及混合性能.结果表明,增加了导流螺旋片,导流筒内部出现了流线弯曲及流动斜交,提高了流场的各向异性,使流场中速度分层明显,并增大了速度梯度,从而强化了撞击区之外的流场混合.同时,当螺圈数N=1,螺旋片的厚度L=30mm时,反应器内撞击过程中的相间传质效果最好;当不加螺旋片时,反应器内撞击过程中的相间混合效果最好.     

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials, PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。     

套管换热器换热特性的数值分析

采用三维模型数值模拟了套管的换热特性,分析了套管换热器出口位置、倾角对套管对流换热性能的影响,选择给出了部分截面上的温度、Nusselt数(Nu)和对流换热系数的分布.结果表明:套管出口位置对换热量有重要影响,而倾角对换热量影响很小;温度在热边界层内发生剧烈变化,外管壁面温度变化不明显;对流换热系数随雷诺数(Re)(2 650~10 800)的增加而增加.将Nu的计算结果与Kays和Leung的解析解作了比较,二者吻合很好.     

螺旋盘管相变蓄热换热器蓄放热过程数值模拟

对螺旋盘管相变蓄热换热器的结构和PCM(相变材料)的传热理论进行介绍,并利用FLUENT软件对在自然对流条件下的PCM熔化过程与凝固过程进行数值模拟,获得如下结论:蓄热体体积相同时,盘管匝数越多,蓄热体熔化所需的时间越少;盘管匝数相同时,蓄热体体积越大,蓄热体熔化所需的时间越多;对于结构参数相同的螺旋盘管相变蓄热换热器,盘管匝数越多的蓄热体,其熔化时的Fo数越大;而对于结构参数不相同的螺旋盘管相变蓄热换热器,盘管匝数相同的蓄热体,即使蓄热体体积不同,但其Fo却基本相同;自然对流换热对PCM的熔化过程影响很大,对PCM的凝固过程影响很小。     

套管换热器旋流强化传热性能研究

本文针对工程中常用的套管换热器 ,采用切向引入装置、管内安装扭曲带方法使流体产生旋转流动 ,研究了两种旋流方式对强化传热性能的影响 ,为旋流强化传热装置的应用提供了必要的实验依据。     

螺旋槽管管内强化传热的三维数值模拟

基于周期段模型,对不同结构参数的螺旋槽管管内流动和换热进行了三维数值模拟,得到了管内流体湍流流动的速度场和温度场的细观分布.结果表明,随着槽深增大,螺旋槽管换热性能增强的同时阻力系数也相应增大;随着螺距增大,其换热性能减弱且阻力系数明显减小.最后,结合模拟结果数据,拟合出了努赛尔数Nu和阻力系数f的相应关联式.     

Experimental investigation of enhanced heat transfer for fined circular tube heat exchanger with rectangular fins

Heat exchangers play an important role on thethermal efficiency and physical size of the energy andpower system. The improving technology of heat ex-changer performance, particularly air-side perform-ance, has attracted many investigators[1 -3]. Marineboi…     

U型垂直埋管非稳态换热的数值模拟与研究

采用有限容积法,使用计算流体力学软件对有效换热长度为120m的单U型地埋管进行三维建模和非稳态数值模拟。在考虑U型地埋管管壁热阻的情况下,分析了单U型地埋管不同土壤初始温度及不同进口流速对地埋管持续运行及间歇运行三个月的换热性能和热响应的影响。模拟分析结果表明:相同的土壤初始温度下,随着流速增大单位井深换热量和出口温度均增大;流速对出口温度的影响比土壤初始温度对出口温度的影响大;间歇运行期间平均单位井深换热量比连续运行大0.7W/m。     

AP1000非能动换热器数值模拟

为准确认识AP1000非能动余热排出热交换器的具体换热和流动过程,针对AP1000非能动换热器,应用FLUENT软件对其非稳态传热特性和流动进行研究,比较分析同一时刻不同位置温度场和流场的分布,以及不同时刻同一位置温度场和流场的变化,分析换热器传热和流动特性随时间的变化,同时对比分析直管形管束和弯形管束对换热器自然对流的影响.分析结果表明:温差、漩涡和回流使温度场和流场相互影响,弯形管束使流体自然对流更加复杂.研究成果有助于分析换热器的自然循环能力,为我国新建的AP1000先进压水堆核电机组的安全运行提供参考.     

地源热泵垂直埋管换热器性能的数值模拟研究

以地源热泵垂直埋管换热器为研究对象,建立地源热泵垂直埋管换热器的三维数值模型,通过实验对数值模型进行验证。利用已建的数值模型分析了埋管内水流流速,水温以及钻孔内不同埋管和回填材料对地埋管换热器性能的影响。研究结果表明:地埋管换热器的单位延米换热量随着回填材料导热系数,管内流速,进口水温,埋管的导热系数的增加而增大;埋管管壁的平均温度随着管内流速,进口水温,埋管的导热系数的增加而增大,但随着回填材料导热系数的增加而减小。     

水平埋管周围土壤温度场数值模拟研究

建立了应用于地源热泵系统的水平埋管的传热数学模型,并采用 ANSYS 软件模拟了埋深为 3 m 的水平埋管在冬夏运行工况下周围土壤的温度场变化。根据选取的特定时间比较了单管和双管水平埋管在相同工况下周围土壤温度场,得出各自的影响半径,为水平埋管换热器的埋设提供了参考。     

内环肋管道中湍流流动与换热的数值模拟

摘要：采用K-ε模型和壁面函数法对内环肋管道的湍流流动和换热进行了数值模拟．全面分析了流动特性对换热的影响，包括阻力因子和换热系数随雷诺数、肋高比和肋距比的变化关系．结果表明，努谢尔特数随雷诺数的增大近似线性增大，在肋高与管径之比为0.04～0.12，Re=20000～70000内，肋间距与管径之比为8时，阻力系数与努谢尔特数将达到最大．从而得到确定内环肋管道换热规律的重要依据．     

不同螺旋角螺旋折流板换热器壳侧传热性能研究

对两种不同螺旋角的螺旋折流板换热器进行传热测试,利用测得试验数据,根据Kern法推导出这两种螺旋折流板换热器壳程传热系数的近似计算公式.     

Performance comparison for oil-water heat transfer of circumferential overlap trisection helical baffle heat exchanger

The performance tests were conducted on oil–water heat transfer in circumferential overlap trisection helical baffle heat exchangers with incline angles of 12°, 16°, 20°, 24° and 28°, and compared with a segmental baffle heat exchanger. The results show that the shell side heat transfer coefficient h_o and pressure drop Δp_o both increase while the comprehensive index h_o/Δp_o decreases with the increase of the mass flow rate of all schemes. And the shell side heat transfer coefficient, pressure drop and the comprehensive index ho/Δpo decrease with the increase of the baffle incline angle at a certain mass flow rate. The average values of shell side heat transfer coefficient and the comprehensive index h_o/Δp_o of the 12° helical baffled scheme are above 50% higher than those of the segmental one correspondingly, while the pressure drop value is very close and the ratios of the average values are about 1.664 and 1.596, respectively. The shell-side Nusselt number Nu_o and the comprehensive index Nu_o·Eu_(zo)~(-1) increase with the increase of Reynolds number of the shell side axial in all schemes, and the results also demonstrate that the small incline angled helical scheme has better comprehensive performance.     

余热锅炉单相受热面动态数学模型及仿真

采用集总参数法建立了三压再热余热锅炉中单相工质受热管的动态数学模型,并开发了通用化的仿真算法。基于一体化模型开发平台建立了余热锅炉单相介质受热面系统的工程模块化的仿真模型。对低压省煤器的运行特性进行了仿真实验研究,结果表明该模型具有较高的静态计算精度和较好的动态响应特性,且模型运行稳定。     

管壳式换热器数值模拟的流动模型比较

基于计算流体动力学(CFD)技术,分别用LVEL模型、标准k-ε模型对管壳式换热器进行数值模拟,并把内管入口和出口的流动方向速度进行对比,依此判断计算的准确性,来寻找适合于管壳式换热器数值模拟的合理模型.经过计算可以判断:LVEL模型和标准k-ε模型计算出的流场基本一致.LVEL模型已足够准确、耗时也较小,对于管壳式换热器的数值模拟是适用的,是做换热器模拟时一种较好的选择.