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。     

管内气体侧扭带阻力特性及强化传热特性

利用Pro/e软件建模得到扭带模型,采用Fluent软件对换热管内的流场进行模拟,研究了扭率(Y)分别为12.0,8.5,5.0的扭带在管内的阻力特性和强化传热特性。实验结果表明,选择网格数为8.13×106的扭带模型较适宜。插入扭带管的管内压降大于光管的管内压降,随雷诺数(Re)的增大,管内压降增大,且Y越小管内压降越大。插入扭带后,随Y的减小,达西摩擦因子(λ)不断增大。Y越小,管内流体的二次流流速越大,温度场与速度场协同的程度更好,换热效果得到强化。所建立的拟合曲线λ=3.328Re-0.286Y-0.394和Nu=0.115 4Re0.707 7Pr0.333Y-0.078 75(Nu为努赛尔数,Pr为普朗特数)拟合度高,利用λ,Nu,Re,Y关联式可进行扭带选型。     

以扭带起旋的气固两相螺旋流流动与传热数值模拟

为了探讨输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律,利用ANSYS软件对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行了三维瞬态数值模拟。研究了天然气管道内不同横截面的速度场、水合物颗粒体积分数分布规律、水合物颗粒沉降规律以及传热规律。模拟结果表明:螺旋流具有较强的携带能力,可以防止颗粒沉积,增强水合物颗粒之间的传热,避免形成水合物堵塞,保障管道安全;固体颗粒含量对携带能力有较大影响,当不含固体颗粒时,螺旋流流线稳定,衰减并不明显;当水合物颗粒体积分数达到8%左右,螺旋流的切向速度迅速衰减,衰减速率是无颗粒螺旋流的3倍。研究结果可为保障输气管道的安全输送提供理论指导。     

分流栅强化管传热与流体流动数值模拟

对于传热管内湍流,特别是带有管内插入物的湍流,其管内流体的流动细观信息和强化传热机理还不十分清楚。为此,提出一种分流栅新型管内插入物强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同分流栅设置间距时管内流体的传热及阻力降性能,并与光管进行了对比。结果表明,内插入物促进核心流体与边界层流体的混合,减薄层流底层,强化了对流传热,并增大了换热面积;同时,由于内插入物的影响,管内流体的阻力降显著增加。在研究范围内,插入物分流栅设置间距为50mm时强化管综合性能最佳。     

内置洁能芯换热管强化传热数值模拟研究

从数值模拟的角度,采用CFD流体分析软件Fluent6.0对洁能芯进行流动特性与传热特性的研究,参照洁能芯强化试验进行模拟,将试验结果与模拟结果进行比较。结果表明,内置洁能芯换热管内流体流动由通常的直线流动变为有规律性的三维螺旋线旋转流动;在转子的作用下热量传递有效增强,换热速率较快,换热管的表面传热系数在整个管长方向分布比较均匀,说明流体被充分地混合,传热效果较好;内管流体沿管长方向温度均匀下降,整体变化了3℃左右。     

夹套间缩放管传热性能研究及场协同分析

利用FLUENT软件对光管和缩放管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明:缩放管有较好的综合强化传热性能;还应用场协同理论分析了缩放管强化传热机理,发现缩放管由于收缩的变化导致空气流经凹槽前后时其速度场和温度梯度场之间的夹角较小而产生较好的协同作用,从而强化传热。最后,通过实验验证了数值模拟的可行性。     

吸附床传热性能的数值模拟

应用有限控制体积方法对吸附床内传热流动特性进行了模拟计算,并比较了几种吸附床的传热特性。计算结果表明:肋板式吸附床具有传热效率高和传热面积大的优点,同时得出吸附剂的导热系数、换热流体流速、温度对床层传热特性的影响,可为吸附床的实际优化设计提供参考。     

波纹管与缩放管传热性能比较及场协同分析

利用FLUENT软件对波纹管、缩放管和光管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明波纹管有较好的综合强化传热性能。应用场协同理论分析了波纹管、缩放管强化传热机理,发现在波纹管波峰下游处,温度梯度和速度场之间的夹角变小,纵向速度场和温度梯度场更加均匀,协同程度最好,从而强化传热。通过实验验证了数值模拟的可行性。     

内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热数值模拟

建立了换热管内流体流动与传热三维数学模型,对内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟并与实验结果进行比较。模拟结果表明,内置转子组合式强化传热装置换热管内冷热流体产生了置换混合的效果,充分换热,管内温度梯度小于1 K,进出口温差较光管提高了29%;流场变为复杂的三维螺旋流,加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动,使传热强化并起到清洁污垢的作用,但管内压降较光管增加了4.7 kPa;与光管相比,表面对流传热系数的平均值提高了7%,而且表面对流传热系数的分布也变得均匀。实验结果与模拟结果符合较好。     

强化传热管管内传热及阻力性能的数值研究

运用CFD软件以水为工作介质,分析了螺旋槽管和波纹管管内传热、阻力和抗结垢性能,并与光管进行对比。结果表明,波纹管在波峰和波谷处产生二次涡流,破坏了边界层;螺旋槽管除了在凸肋部前后产生了二次涡流,由螺旋形槽道形成的旋流还对边界层形成扰动,因此其传热性能要优于波纹管和光管,但其流动阻力也同时被提升。在雷诺数为5×104时,螺旋槽管的最大努塞尔数是光管的2.21倍,波纹管的1.58倍,阻力系数f最大,是光管的7.02倍,波纹管的2.36倍。螺旋槽管的综合性能参数最大为1.26,而波纹管的大约为1,因而螺旋槽管的综合性能优于波纹管。此外,螺旋槽管的抗结垢性能也好于其它2种换热管。     

内置扭带水力旋流器分离性能研究

普通水力旋流器在分离天然气水合物泥砂混合浆体的过程中,外界不稳定工况易导致天然气水合物浆体分解出天然气气体,加之其与外界环境中的空气结合更易产生空气柱,而空气柱会影响旋流器的分离效率和分离精度。鉴于此,设计了内置扭带水力旋流器。采用Solidworks2018对水力旋流器进行三维建模,利用ICEM CFD对模型进行结构化网格划分,采用有限体积数值模拟方法研究了不同长度的扭带与水力旋流器组合,来对比分析该设备中内部流场的变化对分离除砂效率及分离精度的影响。研究结果表明:扭带的放置消除了空气柱对沉砂口排出砂的阻碍,增强了内旋流效果并提高了分离效率及分离精度;内旋流增强及稳定性提高使未被完全分离的天然气水合物泥砂混合浆体在内旋流区停滞时间延长,将泥砂与水合物进行二次分离,提高了水合物浆体纯度,使得溢流口的水合物含量激增并出现突兀的波峰; 200 mm非变径扭带与水力旋流器组合对天然气水合物的分离效果最好。研究结果可为分离器性能的深入研究提供参考。     

平直翅片管翅式换热器减阻强化传热数值模拟

摘要借助Fluent软件，采用边界加密的六面体网格，建立了平直翅片管翅式换热器三维物理模型。在层流假设的基础上，利用具有二阶精度的QUICK差分格式，对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。根据得到的换热器通道内的传热与阻力特性，提出了可以通过控制宏观流场来减阻强化传热的思想，给出了一种在工程上容易实现的方法，并进行了相应的数值计算。结果表明，新方案使传热Nu数平均提高了7．24％，而阻力系数下降，且最大下降达6．39％。     

3种强化传热炉管的流动和传热特性的数值模拟研究

利用数值模拟方法对梅花管、MERT管和扭曲片管3种强化传热炉管进行了流动和传热特性的研究。采用RNGk-ε湍流模型求解了动量方程和能量方程,给出了3种强化传热炉管的流动和传热特性,包括速度场、湍动强度场和温度场的分布;计算了3种强化传热炉管的压降、摩擦系数、努塞尔数(Nu)和强化传热综合因子。研究结果表明,梅花管主体为活塞流,MERT管和扭曲片管为旋转流;管内湍动强度在强化传热构件附近相对较大;管内流体温度场比较均匀。由强化传热元件产生的压降和摩擦系数的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;Nu的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;强化传热效果的优劣顺序为:扭曲片管>梅花管>MERT管。     

大型薄膜蒸发器夹套结构传热性能数值模拟

利用FLUENT软件对大型薄膜蒸发器夹套结构内流体的传热性能进行数值模拟,通过对比蜂窝结构与整体结构,得出蜂窝结构夹套内温度场和速度场分布均匀,传热性能较整体结构夹套得到了很大提高。采用正交实验理论,分析了蜂窝夹套不同结构参数对传热的影响,得到了合理的蜂窝夹套结构形式。     

异型热管混排及结构优化强化传热数值模拟

应用FLUENT对异型热管在热管热交换器的强化传热进行了数值模拟研究。首先研究了异型热管混排对热管热交换器传热性能的影响。然后应用正交实验,以Nu最大为目标函数研究其传热性能,对混排热管在热管热交换器中的结构进行优化,得出了最优结构形式组合,并用Table curve拟合出热管内部Nu在热管热交换器位置上变化的精确函数关系式。     

波纹管内湍流传热数值模拟

采用数值模拟方法研究了幅值分别为3mm、4mm的两种波纹管的湍流传热性能,发现幅值为4mm的波纹管换热效果优于幅值为3mm的波纹管,幅值为4mm的波纹管壁面剪切力更大是致其换热效果较好的直接原因。波纹管壁面剪切力沿轴向周期性变化,喉结处壁面剪切力最大。波纹管纵向涡及流道形状周期性变化是传热获得强化的根本原因。引入壁面剪切力、纵向涡等参数,并与传热性能相关联,为波纹管换热器研发提供借鉴。     

壳程螺旋扭片强化传热研究

通过在管壳式换热器壳程插入螺旋扭片 ,进行了壳程流体纵向冲刷型横纹槽管管壳式换热器的传热及流体阻力实验 ,分析了螺旋扭片对壳程传热性能的影响     

波纹管内流动与传热三维数值模拟

应用三维变物性层流模型及低雷诺数湍流模型分别对波纹管及光管管内流动与传热性能进行了模拟研究,并通过实验结果进行了验证。数值模拟表明,所研究的波纹管内层流向湍流过渡的雷诺数范围为600～800,波纹管的波纹起伏使得管内的流动变得复杂,产生了有利于传热强化的二次涡流。在低雷诺数下波纹管的综合传热性能不及光管,而在高雷诺数下。波纹管综合传热性能逐渐得到改善。通过数值计算获得了波纹管最优波纹高度参数为ε=1.16。     

缩放管夹套间传热性能研究及场协同分析

对缩放管夹套间空气强化传热进行了数值模拟和试验研究,并从场协同角度研究了缩放管强化传热机理。结果表明,在流体的收缩段,速度场与温度梯度场的夹角较小,在流体的扩张段,两者的夹角接近90°,因此流体收缩段的场协同程度比扩张段好;在相同条件下,3种强化管的平均传热系数均大于光管,缩放管2的传热系数稍大于缩放管1,横纹管的最小;缩放管的传热系数在凹槽开始和结束时均出现峰值,在凹槽结束位置其值最大;缩放管凹槽前后的温度梯度与速度场之间的夹角较小,场协同程度较好。因此,缩放管有较好的综合传热效果。     

基于犉犔犝犈犖犜的3种翅片管强化传热效果模拟比较

应用FLUENT软件对纵向翅片管、圆形翅片管和椭圆形翅片管的传热性能进行模拟分析,得到流场中温度和压力的分布,并分别将纵向翅片管和椭圆形翅片管的传热性能与圆形翅片管进行比较。分析表明,纵向翅片管的传热效果最差,椭圆翅片管与圆形翅片管的传热效果相当,但椭圆形翅片管对流体造成的压降略小,综合传热效果最为理想。