螺旋复合型槽纹管的壳程流动和传热特性分析

针对一种由六头螺旋槽纹管和光管组合而成的新型螺旋复合型槽纹管,在10 000≤Re≤30 000的范围内,观察螺纹部分长度分别为0.1、0.2、0.3m时对壳程流体的流动和传热产生的影响。基于得到验证的数值模拟方法,研究不同Re下流体在壳程的流动情况,通过分析二次流的产生与消失过程,发现流体在壳程中流动的规律与螺纹部分长度无关。随着Re的增长,二次流变得更加剧烈,能有效强化传热,而螺旋复合型槽纹管引起的阻力损失也随之增大。     

三叶膨胀管管内传热与阻力特性研究

通过搭建单管换热性能实验装置,对三叶膨胀管管内传热与阻力特性进行了测试。以实验测试结果为基础,对数值计算模型的可靠性进行了验证,采用FLUENT软件对不同规格参数的三叶膨胀管管内传热与阻力特性进行了数值研究。模拟计算结果表明,三叶膨胀管管内的强化传热机理主要是由于管内特殊的螺旋通道,使得流体呈现出三维纵向旋流的流动形态,管内产生了垂直于主流方向上的二次流,二次流主要分布在换热管的3个膨胀区,二次流的产生促进了流体间的径向混合,增强了对壁面换热边界层的扰动。在文中研究范围内,三叶膨胀管的传热性能和摩擦阻力随着扭距的减小而增大,随着内切圆直径的减小而增大,随着过渡圆弧直径的减小,先减小后增大。     

网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热特性的数值模拟

应用CFD软件对网状孔板换热器壳程流体流动及换热特性进行了数值模拟研究,揭示了网状孔板强化传热的机理,分析了孔板间距及开孔率对其换热、压降性能的影响,推导出网状孔板纵向流换热器壳程换热与流动的准数关系式. 结果表明,流体流过网状孔板产生射流及二次流现象,强化了壳程流体的传热;在Re=2300~6300范围内,网状孔板换热器比弓形折流板换热器的Nu数增大约50%,但压降比弓形折流板换热器高约2.5倍;在研究范围内,孔板间距减小、开孔率减小均能使壳程流体的Nu数及压降增大,且Re数越大,开孔率、折流板间距对Nu数及压降的影响越大;但随开孔率、折流板间距减小,流体压降增加的速度明显比Nu数快.     

内置扭带换热管数值模拟及结构参数优化研究

采用数值模拟方法对内插扭带式换热管换热过程进行模拟,分析了管内流动与传热特征,研究了扭带尺寸参数对管内流动与传热的影响。结果表明,随扭带余隙率增大,传热系数逐渐减小,传热性能降低,但过小的余隙率会增大摩擦阻力。传热系数随扭距增加先增大后减小,阻力系数随扭距增加逐渐减小。综合考虑扭带参数对传热与流动的影响,对换热管内置扭带的结构参数进行了优化。     

缠绕管式换热器壳程强化传热性能影响因素分析

由于内部流场信息缺乏,结构参数对流体流动的影响规律不明确,致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰,阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题,对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟,并通过文献中实验数据进行验证,进而基于该模型对壳程流体流场特性进行详细分析,分析关键结构参数对其壳程传热与阻力性能的影响,并探讨其强化传热机理。结果表明:Realizable k-ε湍流模型可较为准确地描述壳程流体流动;在双对数坐标系内,壳程Nusselt数随Reynolds数的增大而增大,阻力系数f则呈线性降低的趋势;壳程Nusselt数随缠绕管直径d与平均缠绕直径D的增大而增大,随螺距S的增大而减小,阻力系数f则相反;缠绕管直径d对壳程流体传热与阻力性能的影响最大,平均缠绕直径D的影响最小;增大缠绕管直径d与平均缠绕直径D有利于破坏流体速度边界层,增强流体扰动,加快温升速度,强化壳程传热,而增大螺距S则使速度边界层变厚,减小流动阻力的同时降低温升速度,不利于壳程强化传热。     

三叶孔板换热器壳程传热与压降

三叶孔板换热器是一种新型纵向流换热器,由于其具有传热效率高、压降低、抗振结构性能优越等诸多优点而广泛应用于核电行业。搭建三叶孔板换热器壳程传热与压降测试平台,对传热和压降的测量结果进行不确定度分析。对4台三叶孔板换热器模型进行实验研究,结果表明随着Reynolds数的增大,壳程对流传热系数和压降在对数坐标内线性增大;在Reynolds数相同的情况下,随着支撑板间距的增大,三叶孔板换热器壳程Nusselt数逐渐减小,压降逐渐降低,同时压力梯度逐渐减小。为了进一步分析说明三叶孔板换热器壳程传热与阻力性能,基于Bell-Delaware法设计了具有相同结构参数的折流板换热器。与折流板换热器的对比结果表明：三叶孔板换热器壳程Nusselt数平均为折流板换热器的1.25倍,壳程整体压力平均为折流板换热器的0.77,综合性能平均为折流板换热器的1.62倍。     

缠绕管式换热器壳程强化传热性能影响因素分析

由于内部流场信息缺乏,结构参数对流体流动的影响规律不明确,致使缠绕管式换热器壳程强化传热机理不明晰,阻碍其设计准则的进一步规范化和通用。针对上述问题,对缠绕管式换热器壳程流体流动进行几何建模及数值模拟,并通过文献中实验数据进行验证,进而基于该模型对壳程流体流场特性进行详细分析,分析关键结构参数对其壳程传热与阻力性能的影响,并探讨其强化传热机理。结果表明：Realizable k-ε湍流模型可较为准确地描述壳程流体流动;在双对数坐标系内,壳程Nusselt数随Reynolds数的增大而增大,阻力系数f则呈线性降低的趋势;壳程Nusselt数随缠绕管直径d与平均缠绕直径D的增大而增大,随螺距S的增大而减小,阻力系数f则相反;缠绕管直径d对壳程流体传热与阻力性能的影响最大,平均缠绕直径D的影响最小;增大缠绕管直径d与平均缠绕直径D有利于破坏流体速度边界层,增强流体扰动,加快温升速度,强化壳程传热,而增大螺距S则使速度边界层变厚,减小流动阻力的同时降低温升速度,不利于壳程强化传热。     

搭接方式对螺旋折流板换热器壳程性能的影响

对螺旋折流板换热器进行了数值模拟,研究了相同螺距下搭接方式对壳程流动与传热性能的影响。结果表明,壳程传热系数与压降均随搭接量的增大而减小,且后者降低的幅度大于前者;连续搭接时三角区漏流增大了中心区域横向和纵向冲刷管束的速度,但整体分布不均匀,折流板背风侧流动较差;随搭接量的增大,边缘三角区增强了靠近壳体壁面区域的流动,改善了壳程的流场状况;折流板交错搭接时中心区域换热管热通量较连续搭接大幅降低,传热沿径向分布的不均匀性大大减轻。     

管壳式换热器壳程特性数值模拟

通过合理简化,建立管壳式换热器的实体模型,用大型CFD（computational fluid dynamics）软件FLUENT对于管壳式换热器壳程的流体流动与传热性能进行数值模拟研究.利用判断周期性充分发展段的3个主要特征,分别从压力差、无因次温度、速度3个方面,分析具有不同流体速度、不同流体介质、不同折流板间距时几种折流板管壳式换热器模型的进出口段对于壳程流体流动与传热性能的影响.结果表明,管壳式换热器结构一定的情况下,进出口段对壳程流体流动和传热周期性充分发展段的影响长度不随壳程流体性质、流动速度的变化而变化;随着折流板间距与筒体内径的比值增大而增大.     

三维变形管MVR蒸发器的强化传热数值研究

蒸发器的换热性能对MVR (mechanical vapor recompression)系统有着重要影响。利用FLUENT软件,以水为介质,在雷诺数13000 Re 110000,研究了三维变形管的不同结构参数对管内传热与压降性能的影响,拟合出了计算准则关联式。模拟结果显示:由于受到离心力的作用,流体在三维变形管内产生了垂直于主流方向上的二次流,促进了边界层与主流区的径向混合,强化了传热;三维变形管的扭距S越小,长短轴比A/B值越大,强化传热效果越好,但同时压降也会增大;综合换热性能在13000 Re 60000随着雷诺数Re的增大迅速减小,在60000 Re 110000随雷诺数Re增大而逐渐趋于平稳,但仍然优于光滑直圆管,减小扭距S值比增大长短轴比A/B值更有利于提高管内综合强化传热性能。将三维变形管应用于MVR蒸发器中,节材效益显著。     

热源位置对轴向槽道热管传热的影响

探讨了轴向槽道热管垂直安装时热源位置的不同对热管工作特性的影响。当热源位于热管管内工质静止液面以下时,重力的作用提高了垂直安装热管的传热极限。热源相对于热管管内工质静止液面的位置不同时,热管的工作温度、启动过程以及传热极限都表现出不同的特性。当热源位于热管管内工质静止液面附近时,热管存在一个非正常启动过程,在该过程中热管的工作温度会发生瞬态的升高,然后逐渐恢复到正常的工作状态,该瞬态最高温度受热源位置、热管充液量、热管加热速率等因素的影响。当热源的位置高于热管管内工质静止液面一定距离后,热管将无法正常工作。     

用于低温余热回收系统热管换热器传热性能的数值模拟

采用CFX软件Fluent模拟了用于低温余热回收的重力热管内的相变情况及充液率、热管长度比、管中心距对热管换热器传热性能的影响。模拟结果显示,水量一定时,加热段与冷凝段长度相同的热管在不同充液率条件下的传热特性,高充液率的传热能力优于低充液率的传热能力,适宜的充液率为60%~70%。当充液率一定时,加热段的长度小于冷凝段的长度有利于热管传热。当充液率及管长一定时,热管换热器的传热系数随管中心距的增大而减小。将热管换热器数值模拟的总传热系数与理论计算的结果进行对比,实现了特定体系热管换热器的结构优化。     

热管式固相粉末换热系统传热分析

介绍了一种新型分离热管式固相粉末换热系统的工作原理,并对其传热情况进行了分析.这种新型的分离热管式固相粉末换热系统已得到实际应用,用来加热高炉喷煤用的空气和煤粉的混合物,运行效果良好,增加了高炉的喷煤量,减少了焦炭用量.利用分离式热管作为以固相粉末为换热介质时的传热元件是完全可行的.     

脉动热管相变蓄热器蓄热实验分析

为了研究脉动热管对相变蓄热装置传热能力的优化,设计并搭建了脉动热管相变蓄热装置试验台,实验验证相变潜热蓄热量远大于显热蓄热量;在相同工况下改变加热流体流量,流量增大对传热优化有一定作用,但流量不宜过大;调整热源温度,温度越高,相变蓄热过程所需要的时间就越少;与常规铜管进行蓄热实验对比,脉动热管相变蓄热装置在蓄热过程中节省了47%的蓄热时间,同时优化了相变蓄热装置的传热均匀性。实验证明利用脉动热管技术对相变蓄热系统进行传热优化是可行的。     

计算传热学在工程换热设备传热研究中的应用

介绍了国内外有关数值传热学 (NHT)在实际工程研究应用中的进展 ,对数值模拟在工程传热技术应用的现状和前景进行了分析 ,作为研究、设计和技术开发的手段和方法 ,数值传热学以及与其相关的并行计算技术、数值模拟仿真技术、流场测试技术以及可视化技术等在工程应用和强化传热研究方面 ,将是研究的重点和发展方向     

Local heat transfer and heat flux distributions in finned tube heat exchangers

A detailed analysis of the effect of local heat transfer distributions, which were determined experimentally, on temperature distributions in the fins and in the fluid between two adjacent fins of finned tube heat exchangers is presented. The heat transfer distributions, obtained by a mass transfer technique, prove to be very inhomogeneous over the fin surface, leading to variable results for fin efficiency calculated by the conventional method. In addition, the effect of temperature variation in the fluid, which is usually neglected in fin analysis, is shown in many cases to exert a very strong influence on fin efficiency and total heat flux. For the optimization of fin designs, a combined analysis of local heat transfer, conduction resistance in the fin and temperature variation in the passage is indispensable.     

热管换热器的发展和应用

阐述了热管换热器的结构特征、材质和工质选择、应用进展以及在化工行业的应用实例     

热管式通风换热器热回收的实验研究

针对普通住宅日常通风换气的特点设计出一台小型热虹吸管式通风换热器的样机,并利用热虹吸管换热器对房间通风系统中的冷量(热量)进行热回收实验研究。通过实验测试了该换热器在不同风量和新、排风温差条件下的热回收效率,以及新、排风的压力损失随风速的变化情况。实验结果表明,新风的温降(升)随着新、排风温差的增大而增大,随着风量的增大而减小;该样机的最大热回收效率在夏季可达70%,冬季为63%,新、排风的最大阻力损失仅为25 Pa,节能效果显著。     

Modeling of the heat transfer in cross-flow heat exchangers

The heat transfer in plate heat exchangers with cross flows of heat-transfer media is considered. At constant values of thermophysical parameters using a model of a one-dimensional flow in cach channel, analytical expressions for the temperature and heat flux distributions are obtained. The efficiency of heat exchangers at different values of dimensionless parameters is estimated. A model is proposed to take into account the two-dimensional flow of heat-transfer media in channels on the basis of empirical relations for the flow resistance and the heat transfer in flat channels.     

换热网络的热流均匀性因子

提出并建立了能够评价换热网络换热效能的热流均匀性因子,在两个条件下对该因子进行验证和分析。首先,在相同结构上保持换热器单元总面积之和不变的条件下模拟计算,考察热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系,并与温差均匀性因子进行比较;其次,在改变换热网络结构的条件下优化计算,考察各优化结构的热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系。通过两个具体的换热网络实例验证该因子,结果表明：热流均匀性因子越小则对应的换热网络总体换热效能越好。由此说明本研究建立的换热网络的热流均匀性因子能够从总体上反应换热网络的换热效能,能够作为其换热效能的一种新的评价指标,并能为换热网络的综合及优化提供新的思路。