纵向翅片管在热管换热器中的应用

文章阐述了纵向翅片管换热器用于多灰烟气流体余热回收的必要性,并分别就纵向翅片管换热器与圆翅片换热器进行了传热性能与烟气流动阻力的对比试验。结果证明在试验条件相同,热管管径及材质相同,回收热量相同的情况下,纵向翅片管除换热系数略有下降外,其流动阻力、金属耗量、制造成本均低于圆翅片管,且运行中不需吹灰,是一项有发展前途的新产品。     

三种家用冷冻箱/电冰箱用蒸发器空气侧换热系数的比较

本文研究了三种家用冷冻箱/电冰箱用蒸发器空气侧换热系数。这三种蒸发器为:螺旋绕片管式(内嵌同轴管),连续平板翅片管式(内嵌交错排列管),离散平板翅片管式(内嵌同轴管)。通过实验及数值计算得出了其各自的换热系数表达式。采用最小二乘法拟合出每种蒸发器空气侧换热系数公式,其计算误差小于±5%。结果显示:螺旋绕片管式蒸发器空气侧换热系数在干燥空气条件下数值高于其他两种蒸发器。     

直接空冷凝汽器空气侧热流性能的跨尺度模拟

针对冬季直接空冷凝汽器的防冻工业需求,将翅片管和空冷单元这2个尺度的模型耦合起来,既考察翅片管束的整体流动换热性能,又考察直接冷却翅片管内凝结水的冲击换热特性,为确定冬季低温运行条件下空冷凝汽器管内凝结换热甚至结冰计算提供第3类热边界条件。建立了空冷单元模型和翅片管模型,然后,将三维进口风条件下的翅片管级数值模拟结果简化成输入-输出代理模型;从空冷单元系统级数值模拟中获得系统级边界-迎风面的速度分布;进而将翅片管数值模拟代理模型应用到系统边界上,得到了系统边界上翅片管冲击换热特性以及翅片管平均对流换热特性的空间分布。数值计算结果表明,冲击换热系数比平均对流换热系数大一个数量级;在迎风面上冲击换热系数和平均对流换热系数均呈现出上低下高、左右不对称的特点;冲击换热系数随着转速的下降而下降。     

冷却空气分配对空冷凝汽器单排翅片管换热性能的影响

针对1 000MW机组空冷凝汽器(ACC)所采用的单排翅片管,利用计算流体动力学(CFD)软件,对迎面风速不同分布方式下翅片管的流动换热特性进行数值模拟,对比分析不同迎面风速分布对单排翅片管空气侧换热系数的影响。分析结果表明:采用迎面风速沿蒸汽流动方向逐渐降低的分布方式,可以提高翅片管的换热系数,有利于翅片管换热;呈抛物线分布的迎面风速优于直线分布的迎面风速。     

翅片散热管束流动传热性能对进风角度敏感性的研究

针对某一典型翅片散热管束,通过Fluent软件建立了该管束的流动传热数值计算模型,研究了空气流经翅片散热管束时的压降及其气侧对流传热系数对进风角度的敏感性,拟合得到翅片散热管束对流传热系数和压降计算特征关联式。同类型翅片管束的数值模拟结果验证了所建模型的正确性与适用性。计算分析表明,随着α的增加,换热系数h减小,压降Δp减小;随着γ的增加时,换热系数h增大,压降Δp增大。当α=0°,γ=90°时,流经翅片时的空气压降最小,空气与翅片管的换热效果最佳,翅片管流动传热性能最好。     

直接空冷凝汽器单排翅片管外部流动及换热特性分析

蛇形翅片管是直接空冷凝汽器的核心换热元件。对其进行详细的换热流动分析,对直接空冷系统的设计以及运行都具有非常重要的意义。应用计算流体力学(CFD)数值模拟的方法,在不同迎面风速下,对翅片管的流动特性和换热性能进行了深入分析,并得出了翅片管的压力降、摩擦系数、换热量、换热系数、出口温度、翅片温度等随迎面风速变化的曲线,提出了努塞尔数Nu与雷诺数Re之间的无因次关系式,所得到的结果可为我国电站空冷系统的设计和运行提供理论依据。     

回收烟气余热的特种耐腐蚀塑料换热器的性能分析EI北大核心CSCD

运用特种塑料材料的换热器可以解决烟气余热回收中的低温腐蚀问题,扩大热回收的温度范围。结合1000MW机组烟气余热回收工况,分析了氟塑料管束式换热器和导热塑料翅片管换热器的性能,比较了两者在传热系数、换热面积、换热器体积、流动阻力等方面的差异。尽管氟塑料换热器在传热系数和材料消耗方面具有优势,但翅片管换热器整体体积更小,且管件数量远小于氟塑料换热器。在此基础分析了污垢热阻和材料热导率对翅片管换热器的影响,发现污垢热阻会造成换热器性能20%~30%的变化,材料热导率则需要达到15~20W/（m？K）的阈值,才能实现较好的换热性能。     

回收烟气余热的特种耐腐蚀塑料换热器的性能分析

运用特种塑料材料的换热器可以解决烟气余热回收中的低温腐蚀问题,扩大热回收的温度范围。结合1 000 MW机组烟气余热回收工况,分析了氟塑料管束式换热器和导热塑料翅片管换热器的性能,比较了两者在传热系数、换热面积、换热器体积、流动阻力等方面的差异。尽管氟塑料换热器在传热系数和材料消耗方面具有优势,但翅片管换热器整体体积更小,且管件数量远小于氟塑料换热器。在此基础分析了污垢热阻和材料热导率对翅片管换热器的影响,发现污垢热阻会造成换热器性能20%~30%的变化,材料热导率则需要达到15~20 W/(m?K)的阈值,才能实现较好的换热性能。     

扁平空冷翅片管内换热与流动特性数值研究EI北大核心CSCD

扁平翅片管结构复杂,换热方式耦合多样,以往研究难以用常规实验与关联式方法,完整复现并分析管内热流特性。基于分布参数热力学理论,提出耦合换热模型描述翅片管两相流与空气间的换热,并将模型应用于1m长度工程管,通过数值求解,得到管内温度、热流密度、换热系数、液膜厚度、剪切力、压力降沿两相流和冷却空气流向全域内的变化规律:随着冷却空气横向流动,扁平管凝结性能急剧降低,热流密度从空气入口处20000W/m^(2)降至出口处5000W/m^(2);翅片管钎焊层热流密度高达14000W/m^(2),因此应注重提升钎焊层对翅片管换热的增强效用。管内两相流定性为环状流,随着两相流动,倾斜管能有效地将平板液膜汇聚到下半圆,平板液膜厚度沿管深增长缓慢,全管段液膜增长范围为16~25μm;平板热流密度和凝结空冷翅片管空气侧对流换热系数管深无下降趋势,这与工程管对应管段的实验结果相符。     

300MW富氧煤粉锅炉烟气冷却换热特性分析

富氧煤粉燃烧锅炉回收烟气在多级压缩和冷凝过程,其热物性参数的变化较为复杂,分析不同压力条件下烟气与冷却器对流受热面间的换热特性,对烟气冷却器的设计和运行优化有重要的意义。以某300 MW机组富氧煤粉燃烧锅炉烟气冷却器为研究对象,通过热力计算分析不同压力条件下烟气水蒸汽摩尔份额和烟气温度变化对对流受热面换热特性的影响,该过程充分考虑烟气的辐射放热计算。结果表明:当烟气的压力增大时,烟气的对流放热系数、辐射放热系数和凝结放热系数明显增大,总的放热系数增大,烟气冷却器对流受热面的换热能力增强;水蒸汽摩尔份额越少,烟气的对流放热系数、辐射放热系数和凝结放热系数越小,总的放热系数越小,烟气冷却器对流受热面的换热能力明显减弱;入口烟气温度升高使烟气的辐射放热系数增大。但是烟气的凝结放热系数明显减小,是使烟气总的放热系数减小的主要因素。     

扰流孔及翅片间距对直接空冷蛇形翅片管流动与换热的影响

在传统直接空冷单排蛇形翅片扁平管上增设扰流孔以强化换热。本文应用Fluent软件对有、无扰流孔的2种蛇形翅片扁平管(蛇形翅片管)模型进行三维数值模拟,研究了1.4、2.2、3.0、3.8m/s4种迎面风速下不同翅片间距对有、无扰流孔的2种型式翅片管换热、阻力以及综合性能的影响。结果表明:与未开孔的蛇形翅片管相比,增设扰流孔的蛇形翅片管在各种翅片间距、迎面风速下使空气侧的换热系数提高1%～18%,且流动阻力略微减小;在较小的迎面风速范围内,增设扰流孔可以使相同工况下的最佳翅片间距减小。     

空冷凝汽器椭圆翅片管管内传热与流动特性分析

基于分布式参数热力系统假设,提出翅片管耦合换热模型,以描述两相流与冷却空气工质对之间的传热。将耦合模型应用于火电机组直接空冷凝汽器1 000 mm×94 mm×46 mm（深×宽×高）椭圆翅片管,通过基于计算流体力学的数值求解,得到管内温度、热流密度、对流换热系数、薄膜厚度、剪切力沿两相流和冷却空气流向上的变化规律,将特征量空间分布结果可视化。结果发现:管内热流密度随着管外冷却空气的横向流动,在空气出口区域急剧下降,管内对流换热系数随凝结沿管深方向的纵向发展,缓慢增长;管内两相流型可定性为环状流,液膜在椭圆下半部分极端区,有明显聚集与加速流动。所采用的理论方法和获得的结论,有助于翅片管换热增强设计和在运空冷凝汽器安全高效运行。     

竖直上升直肋管内超临界二氧化碳换热特性与肋结构优化

高性能超临界二氧化碳(S-CO₂)换热器是实现S-CO₂布雷顿循环系统高效紧凑化的关键核心设备,S-CO₂在光滑通道内换热系数较低,寻求高换热性能与低阻换热结构是发展高效紧凑式换热器的关键。采用五轴电火花成型技术制造出直肋管,通过实验方法研究了S-CO₂在四头直肋管内传热规律,系统分析了流动参数对直肋管强化传热特性影响,定量评估了直肋管与光管换热能力的差异;采用数值模拟方法研究了直肋管结构参数对强化传热和阻力特性的影响规律,获得最优的直肋管结构。结果表明：增加压力和质量流速可以降低壁面温度,提高对流换热系数,直肋管的平均换热能力是圆形光管的1.96倍左右;相较于圆形光管,直肋管可以有效延迟传热恶化发生,且使传热恶化延迟能力提升0.3～1.8倍;当固定肋宽0.5 mm,肋高2.5 mm,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.58;而固定肋高为0.5 mm,高宽比0.33,直肋管的综合换热能力最好,综合换热因子为1.22。     

空冷凝汽器U型翅片管水平布置间隙优化

研究及优化空冷凝汽器U型翅片管的水平布置间隙,对火电站空冷岛的设计与运行具有重要意义。基于FLUENT软件,以空冷凝汽器U型翅片管束为研究对象,对不同翅片管水平布置间隙下空冷凝汽器U型翅片的换热及流动特性进行数值模拟及计算,得到了空冷凝汽器冷却空气对流换热平均努谢尔数和摩擦系数随雷诺数的变化规律,并采用最小二乘法拟合得到了相应的关联式。针对U型翅片的换热及流动特性提出两种优化方案,并进行比较分析。结果表明:当流动损失能量较小时,空冷翅片综合性能评价指标不能准确反应出空冷翅片管的综合性能,需通过空冷翅片换热量进行优化,由此得出空冷凝汽器U型翅片管的最佳水平布置间隙。     

螺旋槽管结垢试验研究

本文对滚压螺旋槽铜管在结垢工况下与光管进行了性能比较试验。用人工硬水流过两个平行的蒸汽凝结器。每个蒸汽凝结盟内分别装置了两根螺旋槽管和光管。由于结垢，螺旋槽管和光管总传热系数和管程对热系数均随时间增加而下降，但循环水流速越大，螺旋槽管总传热系数和管程对流换热系数比光管下降幅度越小，搞结垢性能越优于光管。     

伴随有水蒸气凝结的烟气受迫对流换热过程研究

对塔板式换热器和肋片式换热器的试验研究结果表明,有水蒸气凝结时的烟气对流换热系数远大于无凝结时换热系数;在冷凝式换热器中,塔板式换热器的换热系数大于肋片式换热器的换热系数。     

高低齿汽封表面换热系数计算方法研究

为探索汽轮机关键部件换热系数的计算方法,以某高压转子轴端高低齿汽封为例,对比分析了表面换热系数的4种常用经验公式,同时采用数值模拟方法研究了不同结构参数汽封的表面换热系数并得到拟合公式。结果表明:美国西屋公司、南京工学院-哈尔滨汽轮机厂和苏联采用的经验公式在结构上具有相似性,均与汽封间隙、汽封室高度、齿数、蒸汽导热系数和雷诺数相关。根据数值模拟结果得到的汽封表面换热系数与近壁面雷诺数和普朗特数正相关;换热系数呈周期性变化,在齿间隙出口处达到极值,且短齿出口处表面换热系数较大;当汽封间隙减小、汽封室高度或齿数增加时,换热系数减小;根据数值模拟结果得到的换热系数拟合公式,具有较好的适应性。拟合公式可用于叶顶汽封、隔板汽封、轴封等高低齿汽封表面换热系数的计算,同时该方法提供了一种计算大容量高参数汽轮机关键部件换热系数的思路,可为其设计和安全性校核提供依据。     

直接空冷凝汽器单排翅片管换热性能试验研究

不同工况下直接空冷凝汽器的换热性能,是直接空冷机组设计、优化和运行的主要依据。文中针对目前我国1000MW超超临界直接空冷机组所采用的单排翅片管,利用搭建在空冷机组现场的试验风洞,对翅片管的换热性能进行试验研究,试验风洞蒸汽侧直接接入空冷机组的冷端。通过试验,获得了翅片管空气侧努赛尔数和雷诺数之间的无量纲关联式,以及关联式与翅片管迎面风速分布之间的关系。结果表明,翅片管的换热性能不但与风机的风量有关,而且受迎面风速分布的影响很大,迎面风速沿翅片管轴向从上至下呈降低趋势分布时,更有利于换热。     

翅片管外有机工质TFE凝结换热特性研究

翅片管外有机工质换热特性（凝结换热系数及液膜热阻）影响冷凝器的换热性能。理论模型基于努谢尔修正膜理论,为提高计算精度,将翅片管沿管周向划分有限个微元角,建立各个微元角内翅片侧壁和翅片间基管处的层流膜状凝结换热模型,迭代求解各个微元角内的壁面温度,根据各微元角壁面与饱和蒸汽温差,推导翅壁面及翅间基管上的液膜热阻和换热量,最后求解管子平均换热系数。管壁温度随圆周角θ增大而减小;翅壁及基管上液膜热阻随圆周角θ增大而增大;基管上液膜热阻大于壁面上液膜热阻。与实验值比较,理论模型计算精度高于积分解法计算值。     

电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究

空冷散热器为电站间接空冷系统的主要设备,研究空冷散热器翅片管束的流动传热特性,对于电站间冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。对间接空冷系统空冷散热器常用翅片管束流动传热性能进行了数值模拟研究,通过计算获得了空冷散热器冷却空气流动阻力和平均对流换热系数随迎面风速的变化规律,拟合得到了摩擦因子与努赛尔特数随雷诺数的变化关系。利用对流换热的综合性能评价标准(performance evaluation criteria,PEC),即Nu/f1/3,对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较。结果表明,随迎面风速增加,空气对流换热增强,压降增加,翅片管的对流换热系数随之升高,摩擦因子降低,但是换热系数的增加幅度小于压降的增加幅度。Forgo型翅片管束综合流动传热性能优于椭圆型管束。本文研究结果为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。