基于CFD技术的某管式换热器结构改进

应用CFD技术,对工程用油-水列管式换热器进行了流场计算,分析了其换热性能。针对其热流场的缺陷,提出采用折流板技术对其结构进行改进设计,并对比分析了两种结构的折流板换热流场情况。结果表明:两种具有不同折流板结构的换热器均可消除局部温度过高的现象,相较而言,内圆式折流板散热器沿程阻力损失较小,效果较好。     

螺旋折流板换热器的开发与研究(Ⅰ)——高粘度流体下的中试研究

在高粘度流体下对新型的螺旋折流板换热器和普通的垂直折流板换热器进行了对比实验研究,并对实验数据进行了关联,得到了螺旋折流板换热器壳程对流传热系数的近似计算模型。实验结果表明,对高粘度油品,相同流量下单位压降的壳程对流传热系数,螺旋折流板约为普通折流板的１．５倍,显示螺旋折流板换热器不仅适用于低粘度流体,也可用于高粘度流体,具有广阔的开发应用前景。     

螺旋折流板换热器的开发与研究（I）：高粘度流体下的中试研究

在高粘度流体下对新型的螺旋折流板换热器和普通的垂直折流板换热器进行了对比实验研究,并对实验数据进行了关联,得到了螺旋折流换热器壳程对流传热系数的近似计算模型。实验结果表明,对高粘度油品,相同流量下单位压降的壳程对流传热系数,螺旋折流板的为普通折流板的１．５倍,显示螺旋折流板换热器不仅适用于低粘度流体,也可用于高粘度流体,具有广阔的开发应用前景。     

缠绕螺纹管螺旋折流板换热器流动与传热数值分析

缠绕螺纹管螺旋折流板换热器中换热管是将外螺纹管与光管螺旋折流板相结合的新型结构.采用CFD分析软件FLUENT借助数值模拟方法,对缠绕螺纹管螺旋折流板换热器壳程传热机理进行分析,并与光管螺旋折流板换热器壳程特性进行对比.结果表明,折流板螺旋角为10°、15°、20°,壳程Re在2 000～6 000条件下,缠绕螺纹管螺旋折流板换热器较光管螺旋折流板换热器综合性能提升4. 5%～14. 5%,传热系数提升4. 27%～23. 39%,温度场和压力场协同均较优.     

卧式液液分离器内部折流板对流动特性的影响

为提高重力式液-液分离器的流场稳定情况,针对处理量为0.2 m~3的分离器,应用Fluent软件对入口构件(防冲挡板)后安装整流构件(折流板)进行数值模拟,并研究分析有无折流板对分离器内部流场特性的影响,对不同折流板尺寸的4种结构进行相对标准偏差和矢量图的分析.结果表明:折流板的安装对分离器内部稳流具有明显作用,能够稳定冲击防冲挡板后带来的紊乱流场.不同尺寸的折流板对稳流的效果明显不同,当折流板两板之间的距离h为200 mm时,稳流效果最好,能够抑制流场内部旋涡和反混现象.     

螺旋折流板换热器的开发与研究(Ⅱ)——低粘度流体的中试研究

以新型的螺旋折流板换热器同普通的垂直折流板换热器,在水系统下进行了对比实验研究,并对实验数据进行了关联,得到了螺旋折流板换热器壳程对流传热系数的近似模型。实验结果表明,对水这样的低粘度流体,相同流量下单位压降的壳程对流传热系数,螺旋折流板约为普通折流板的２．４倍,显示螺旋折流板换热器是一种结构更加合理的新型换热设备,其优良的结构特点决定了其优良的传热性能,具有广阔的开发应用前景。     

折流板几何结构对换热器性能影响的数值模拟

应用标准k-ε湍流方程模型,使用压力修正的SIMPLE算法进行求解,对弓形折流板不同几何结构下换热器壳程的流动和换热性能进行了数值模拟,并对计算结果进行了分析.结果表明:换热器入口速度的增加会使折流板之间的高温区域减少、流动死区面积减少、换热器的有效换热面积增大;随着折流板间距减小,换热器的换热量随之增大,但是换热器的压降却明显增加,折流板换热器压降均随空气入口速度的增加呈递增趋势且会影响综合换热性能;折流板高度的增加对换热量有明显增大的作用,但是折流板增高会使壳程压降升高,从而造成了换热性能指标的下降.     

变角度连续螺旋折流板换热器优化结构的数值研究

针对螺旋折流板换热器壳程进口螺旋流动未充分发展区域分布特点,提出了一种变角度螺旋折流板换热器模型,采用Realizable k-ε模型方程对两种折流板形式的换热器流动和传热特性进行了数值研究,并对换热器传热强化机理进行了分析.结果表明:变角度螺旋折流板换热器能够减小壳程进口螺旋流动未充分发展段长度,增加壳程整体螺旋流动强度和流体流动传热速度场与温度场的协同性,强化换热器传热.螺旋角为10°+20°和15°+25°的变角度螺旋折流板换热器较常规螺旋折流板换热器综合性能分别提高7.10%~7.54%和2.88%~4.05%.     

新型锥形孔折流板管壳式换热器数值模拟研究

针对传统弓形折流板管壳式换热器存在换热死区以及横向管束振动大等问题,提出一种新型锥形孔折流板管壳式换热器,建立锥形孔折流板换热器物理模型,应用Fluent对其进行数值模拟,研究换热器壳侧流体不同流速对换热器流场与温度场的影响.并将其结果与传统弓形折流板换热器进行比较,结果表明:锥形孔折流板换热器壳侧流体对管道横向冲刷作...     

水平矩形通道内开孔折流板强化换热的实验研究

Re数在500～15000范围内，对矩形通道内交错布置多个开孔折流板的强化换热特性进行了实验研究，分析了开孔密度对通道强化换热的影响，并与设置不开孔折流板通道的实验结果进行了对比分析．实验结果表明：开孔折流板具有较好的强化换热效果，随着雷诺数Re的增加，换热效果逐步增强；同未开孔折流板相比，开孔密度为2．51％的折流板的强化换热效果最好，在测试的Re数范围内，其平均Nu可以增加59％，最大可以提高到2倍．最后，在实验数据基础上，关联得出了一个换热准则关联式，可以用作开发新型换热器的设计计算依据．     

管壳式换热器壳程特性的数值模拟研究

利用FLUENT软件对一管壳式换热器壳程流场进行了三维数值模拟,分析研究了折流板数目、进口流速和折流板缺口高度对换热器壳程压降、出口温度的影响,结果显示,随着折流板数目增加,壳程压降和出口温度逐渐增大：随着进口流速增大,壳程压降逐渐增大且趋势加快,而出口平均温度下降,但是温度下降不大;随着折流板缺口高度增大,壳程压降和出口平均温度逐渐减小,但是压降减小逐渐趋于缓和：相同的压降条件下,通过改变折流板数目提高出口温度比改变进口流速和折流板缺口高度更有效。     

螺旋折流板换热器的开发与研究（II）：低粘度流体的中试研究

以新型的螺旋折流板换热器同普通的垂直折流板换热器,在水系统下进行了对比实验研究,产对实验数据进行了关联,得到了螺旋折流板换热器壳程对流传热系数的近拟模型,实验结果表明,对水这样的低粘度流体,相同流量下单位压降的壳程对流传热系数,螺旋折流板的为普通折流板的２．４倍,显示螺旋折流板换热器是一种晚加合理的新型换热设备,其优良的结构特点决定了其优良的传热性能,具有广阔的开发应用前景。     

折流板开孔对管壳式换热器性能的影响

传统的弓形折流板换热器因其结构简单、安全可靠及适应性强等优点应用非常广泛,但是传统的弓形折流板换热器换热效率较低,壳程压力损失较大,容易结垢。因此,通过对弓形折流板结构进行改进以改善管壳式换热器的壳程流动传热状况,减小其能耗损失具有十分重大的工程意义。采用数值模拟的方法,对缺口高度为0.2 D的折流板进行开孔优化研究,对不同壳程进口流速下的普通弓形折流板换热器和折流板开孔换热器的壳程流场及温度场分别进行了数值模拟。在壳程进口流速相等的条件下,折流板开孔的换热器比普通弓形折流板换热器的换热效果好;壳程进口速度较低时,效果最明显。     

螺旋与弓形折流板换热器性能对比及螺旋角优化

对螺旋角为12、18、30、40°的螺旋折流板换热器进行传热和压降性能测试。应用英国传热协会的Tasc3软件对弓形折流板换热器的运行情况进行了模拟,得到了相应结构下的总传热系数和压降值。通过数据的计算整理,在相同流量下,进行了不同螺旋角的螺旋折流板换热器与弓形折流板换热器在单位压力降下总传热系数的对比,同时对12、18、30、40°螺旋角的螺旋折流板换热器的壳程膜传热系数及压降进行对比研究,优化螺旋角。实验结果表明,实验用12、18、30、40°螺旋角的螺旋折流板换热器的总传热系数要比相应结构下的弓形折流板换热器高59.48%以上,研究表明,实验条件下,18°螺旋角的螺旋折流板换热器的综合传热性能要优于12、30、40°螺旋角的螺旋折流板换热器。     

低温油封冷却器的结构优化及数值模拟

针对管壳式换热器折流板背部存在流动死区的问题,对换热器壳程折流板的结构进行优化,并且通过数值模拟分别研究了折流板开圆孔和锥形孔对低温油封冷却器换热性能和压降的影响. 数值模拟结果表明,当壳程入口速度低于1.3 m/s,折流板开圆孔更有利于减小折流板背部流动死区,改善冷却器壳程的强化传热性能;当壳程入口流速大于2 m/s时,折流板开锥形孔更有利于冷却器壳程的强化传热. 折流板开圆孔和锥形孔均有利于减小冷却器壳程压降,两者对压降的影响无明显差别.     

折流挡板对管壳式换热器壳程流场影响的数值模拟

应用ICEM和FLUENT软件,对管壳式换热器的壳程流场进行三维数值模拟,并研究折流挡板对其壳程流场的影响。结果表明:流体在换热器壳程内呈"Z"字形曲折流动;由于存在流动死区,折流板的流体出口侧会出现温度比周围温度高的区域;折流板的数量增加,使流体的湍流程度增加,流体的出口温度提高,换热器的传热效率提高;流体流过折流板时产生较大的压力降,且其流过折流板时所产生的压降大于在相邻两块折流板间流动所产生的压力降;进出口间的总压降随折流板数的增加而增加。     

管壳式换热器抗振研究及新型抗振结构体系

对传统纵流式换热器和横流式换热器进行了抗振性能分析,提出了折流栅抗振型换热器和折流板抗振型换器的结构,并地其抗振性能进行了研究分析,提出了一种新的管壳式换器振结构体系。     

折流板换热器性能影响因素数值模拟研究

针对不同结构参数的弓形折流板换热器壳程进行数值模拟,计算表明折流板换热器壳程的压降和管表面换热系数随着折流板数目的增加而增加,随着折流板缺口高度的增加而减小;而其综合性能随着折流板数目的增加而减小,随着折流板缺口高度的增加而增加;第一块折流板与管板的距离对压降的影响较小,但对表面换热系数影响相对较大.     

油封低温冷却器折流板开孔的传热性能

针对油封低温冷却器压降较大的问题,利用计算流体动力学（CFD）软件Fluent分析油封低温冷却器折流板开孔对冷却器流场和传热性能的影响.首先探讨不同折流板数量、壳程流速等参数对折流板开孔引起的传热性能及压降变化规律,其次分析折流板开孔对冷却器综合性能的影响,最后探寻折流板开孔后冷却器传热性能和压降关系的内在联系.结果表明,折流板开孔引起油封冷却器压降和传热系数的显著变化,且压降比传热系数变化更明显,折流板开孔后压降减少40%50%,而传热系数也降低了15%20%.在等换热面积和等压降情况下,折流板开孔冷却器传热系数可以提高10%左右.     

折流板结构对换热器壳程流动和传热性能的影响

以弓形折流板为基础,设定相同的工况条件,用FLUENT软件对曲面、球面和弓形三种折流板型的换热器壳程流体的流动和传热性能进行模拟,并对三种板型的管壳式换热器壳程压降及换热系数进行比较分析。通过对比三种板型换热器的传热性能及压力、温度和流速云图,分析了产生传热性能差异的原因。研究结果可为管壳式换热器折流板设计及强化传热性能提供参考,具有一定的工程实际意义。