基于(火积)耗散热阻的新型蜂窝板式换热器性能分析

板式换热器在工业生产中广泛应用。基于换热器(火积)(火积)耗散热阻理论,采用数值模拟和实验相结合的方法对新型蜂窝板式换热器进行研究。结果表明数值模拟和实验结果在合理的误差范围内,验证了数值模拟的可靠性。新型板式换热器内部蜂窝结构附近的速度场出现规律的周期性变化,流体湍流强度增加,提高了换热效率。新型板式换热器换热量与其(火积)耗散和(火积)耗散热阻呈反比例关系,这为新型蜂窝板式换热器的优化提供了理论依据,并为工业生产提供参考。     

基于(火积)耗散热阻的换热器网络优化

基于(火积)耗散热阻的概念, 分析了换热器网络中的传热过程, 并结合变频泵的性能分析和管网的阻力分析, 建立了换热器网络中结构参数、运行参数和用户需求之间的直接联系, 完善了换热器网络优化的数学模型。在此基础上, 构建了基于(火积)耗散热阻换热器网络优化的方法。最后以一个典型的有变频水系统的换热器网络为例, 阐释了基于(火积)耗散热阻的换热器网络优化方法。研究结果表明, 在给定换热器网络中各换热器热导的情况下, 通过优化计算可以获得使换热器网络中总泵能耗最小的运行参数。在变工况运行的情况下, 随着换热器网络换热量的增大, 各变频泵的运行参数出现不同程度的增大, 增大的速度与工质的性质和管网的阻力特性等因素有关。     

基于火积耗散热阻的内置双旋线换热管性能研究

基于换热器火积耗散热阻理论,采用三维数值模拟计算方法,以水为流动介质,分别对内置双旋线外径为9mm、12mm、15mm、18mm的换热管的管内流场和火积耗散热阻进行研究,分析了内置双旋线换热管的传热和流动特性,结果表明：内置双旋线换热管内流体呈现三维螺旋状流动,管壁面附近周向和径向速度明显增强,从而中心区域流体和壁面附近流体充分混合;内置双旋线换热管的换热量与其积耗散热阻相对应,积耗散热阻越小,换热量越大;内置双旋线换热管的积耗散热阻随着雷诺数的增大而减小;内置双旋线换热管的协同性均优于光管,说明内置双旋线换热管具有良好的综合换热性能.     

一维换热器中温差场均匀性原则的证明

换热器的温差场均匀性原则是一个唯象原理,还没有得到理论上的证明。采用变分方法,用火积耗散极值原理对两股流和三股流一维换热器的传热过程进行了优化,表明不管是给定换热量寻求火积耗散最小,还是给定火积耗散寻求换热量最大,均应使冷热流体的温差场完全均匀,从而初步证明了换热器温差场均匀性原则的正确性。     

板式换热器优化设计方法综述

板式换热器是未来换热器发展的一个重要趋势。文章在板式换热器的优缺点及发展历史的基础上,重点对板式换热器的常规设计方法、优化设计方法及实验-CFD方法的基本指导思想及步骤进行了简要描述。在此基础上,作者还提出一种基于火积耗散及数学规划的优化设计理论,并对其指导思想进行了简要介绍。     

基于火积理论的螺旋折流板换热器结构优化

首次应用火积理论对螺旋折流板换热器进行优化结构分析。选取50%搭接的18°和27°的螺旋平面折流板换热器和改进的螺旋折面折流板换热器作为研究对象,且分别应用传热性能综合评价(PEC)准则和火积耗散理论对实验数据进行了分析。结果表明:随着有效度和传热单元数的增加,火积耗散数均减小。18°螺旋折流板换热器的性能明显优于27°螺旋折流板换热器,且在有效度或传热单元数相同的情况下,改进后的螺旋折面折流板换热器的性能也均优于螺旋平面折流板换热器。火积耗散理论与PEC准则分析结果的一致性,证明了火积理论对螺旋折流板换热器性能分析的适用性。同时发现,传热火积耗散数的大小是阻力火积耗散数的上千倍,说明传热火积耗散在总火积耗散中占重要地位。这对火积理论应用于螺旋折流板换热器的传热和阻力性能研究具有重要意义。     

(火积)理论及其在化工过程节能中的应用进展

(火积)和(火积)耗散极值原理的提出,为化工过程系统节能开辟了新的方向。阐述了(火积)的物理意义、(火积)是过程量等(火积)理论的最新研究成果,从(火积)在换热器设计、热力学过程中的不可逆性、换热网络综合等方面的应用情况综述了(火积)理论在化工过程系统节能中的最新应用进展。重点围绕(火积)耗散率与熵产率的异同点比较分析、(火积)耗散极值原理与换热网络综合结合等方面,阐述了(火积)理论的科学性。     

(火积)理论及其在化工过程节能中的应用进展

(火积)和(火积)耗散极值原理的提出,为化工过程系统节能开辟了新的方向。阐述了(火积)的物理意义、(火积)是过程量等(火积)理论的最新研究成果,从(火积)在换热器设计、热力学过程中的不可逆性、换热网络综合等方面的应用情况综述了(火积)理论在化工过程系统节能中的最新应用进展。重点围绕(火积)耗散率与熵产率的异同点比较分析、(火积)耗散极值原理与换热网络综合结合等方面,阐述了(火积)理论的科学性。     

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟

为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391~4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明:三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9%,JF因子高13.67%,综合传热性能更好。在此基础上运用(火积)耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的(火积)耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器(火积)耗散率最小。另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量。     

连续重整进料板换堵塞对换热效率的影响

本文介绍了大连石化连续重整装置进料板式换热器压差升高的情况。通过流程模拟,计算出了板式换热器换热效率的下降幅度,总结了该换热器换热效率下降的影响,分析了造成板换压差升高的原因,为解决板换压差高的问题提供了理论依据。     

板式换热器相变对流传热关联式的研究进展

板式换热器作为一种高效换热器正在得到越来越多的应用,但是其相变对流传热的机理和影响因素却非常复杂,因此精准设计板式相变换热器一直是一个难题。本文总结了板式换热器凝结换热、沸腾换热这两种主要相变对流传热过程的特点,概述了近年来国内外在板式换热器相变换热理论分析、数值模拟、实验测试等方面的最新研究进展,列出了部分已发表的实验关联式及其应用条件,重点论述了这些实验关联式中状态参数对板式换热器相变传热系数和流道压降的影响,对比分析了部分实验关联式的计算结果,对某些不同结论也作了评述。此外,本文还介绍了计算机模拟仿真技术在该领域研究中的应用情况。最后,指出了当前板式换热器相变传热研究中存在的主要问题和未来需要努力的重点发展方向。     

新型宽厚焊接型板式换热器的开发和应用

采用新型宽厚焊接型板式换热器替代传统胶垫型板式换热器,提高了防泄漏和防堵塞性能与换热效率,降低了工序能耗,取得了满意的使用效果。新型宽厚焊接型板式换热器投运后,年多回收粗苯720t,年增加经济效益380万元;年节约煤气180000m^3（标态）,年节约费用216万元。     

花板换热器与单弓形折流板换热器对比实验研究

折流板壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点,折流杆换热器用作冷油器时壳程Re偏低,为了克服上述缺陷,研制出一种新型的花板换热器。花板换热器中壳程流体的流动方式与单弓形折流板换热器不同,壳程流体纵向冲刷换热管,具有壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小等特点。本文通过对花板与单弓形折流板换热器的换热和流阻性能的实验比较,得到在相同的雷诺数下,花板换热器的壳程压降仅为单弓形折流板换热器的70%—80%,以单弓形折流板换热器为参照时的花板换热器综合效益比为110%—140%。     

板式换热器Ni-P-TiO2复合纳米镀层微生物污垢特性

换热器微生物污垢问题普遍存在于能源化工领域,污垢的聚集会导致设备的流动阻力、燃料消耗和维护成本支出大幅度增加。本文采用复合纳米镀层来抑制和减轻换热表面的微生物污垢的附着和沉积。首先采用化学镀的方式,在板式换热器的不锈钢316板上镀覆 Ni-P-TiO₂复合纳米镀层和对照性的Ni-P 镀层。基于板式换热器的微生物污垢在线监测实验系统,研究了镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器微生物污垢特性。结果表明,清洁状态下,镀覆两种镀层的板式换热器其摩擦系数（f）和Nusselt数（Nu）相较未镀覆板式换热器均略有增加;微生物污垢实验后,相比较未镀覆的板式换热器,镀覆Ni-P镀层的板式换热器污垢热阻减少了8.36%~23.07%,而镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器污垢热阻减少了16.6%~30.96%;在相同微生物污垢实验工况下,镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器的摩擦系数（f）相比Ni-P镀层的低2.54%~11.82%,但Nu却明显高于Ni-P镀层达8.47%~9.45%,并且污垢热阻明显小于Ni-P镀层达10.66%~18.18%,镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器展现了优异的强化传热性能和抑垢性能。     

三维针翅片管在螺旋板换热器应用传热强化研究

将光滑管外表面进行滚压—犁切复合加工,形成了三维A型针翅片管,应用于连续形的螺旋导流板换热器中,流体在连续形螺旋导流板换热器的壳程中类似于塞状流流动,几乎没有返混和流动死区。在相同压降下,其传热系数比普通的弓形折流板换热器高得多。文章以润滑油作为实验介质,研究了润滑油在螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的壳程传热和压降性能,并与光滑管螺旋导流板换热器进行了性能对比。实验结果表明,在相同Reynolds数下,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的Nusselt数和压降△p分别是光滑管螺旋导流板换热器的2.4～2.8倍和1.2～1.4倍。与光滑管螺旋导流板换热器相比,螺旋导流板三维A型针翅片管换热器的传热性能的提高远高于压降的提高,证明在螺旋流条件下,三维A型针翅片管具有很好的传热强化性能。     

Thermal model validation of plate heat exchangers with generalized configurations

Thermal models of plate heat exchangers rely on correlations for the evaluation of the convective heat transfer coefficients inside the channels. It is usual to configure the exchanger with one countercurrent single-pass arrangement for acquiring heat transfer experimental data. This type of configuration approaches the ideal case of pure countercurrent flow conditions, and therefore a simplified mathematical model can be used for parameter estimation. However, it is known that the results of parameter estimation depend on the selected exchanger configuration because the effects of flow maldistribution inside its channels are incorporated into the heat transfer coefficients. This work presents a parameter estimation procedure for plate heat exchangers that handles experimental data from multiple configurations. The procedure is tested with an Armfield FT-43 heat exchanger with flat plates and the parameter estimation results are compared to those obtained from the usual method of single-pass arrangements. It can be observed that the heat transfer correlations obtained for plate heat exchangers are intimately associated with the configuration(s) experimentally tested and the corresponding flow distribution pattern(s).     

螺旋折流板与弓形折流板换热器的性能比较

针对螺旋折流板换热器的折流板的角度提出了一些改进措施。在自行设计的换热原理试验台上,5#柴油走壳程,水走管程,分别对12°,18°的单螺旋和18°的双螺旋折流板和弓形折流板换热器的阻力和传热性能进行了试验研究。试验结果表明,螺旋折流板阻力只有弓形的30%,此外,在同样的压降下,螺旋折流板传热效率也提高10%。     

同心套管包围的多跨换热器传热管在静水中阻尼特性的实验研究

通过求解同心套管包围的带N-1个同心支承板传热管的运动方程,导出计算挤压膜阻尼和粘滞阻尼的公式.为了验证理论分析结果,对同心套管包围的四跨传热管在静水中的挤压膜阻尼和粘滞阻尼进行了实验研究,得出了粘滞阻尼与同心套管内径以及管子与同心套管偏心率的关系;挤压膜阻尼与支承板厚度、传热管与支承板管孔间隙、与支承板管孔偏心率之间的关系.在分析实验结果的基础上,得出了传热管总阻尼的公式,并为换热器设计提供了传热管管壁间距离、支承板厚度以及支承极管孔与管子间隙的参考尺寸.     

基于亲水/憎水复合膜的全热交换器换热换湿性能

膜全热交换器由于可以同时回收空调排风中的潜热和显热而受到重视。研究了基于PVAL/PVDF复合透湿膜的全热交换器的透热透湿性能,实验测定了新风与排风之间的显热交换能力和水蒸气交换能力,并建立了基于亲水/憎水复合膜的逆流膜全热交换器传热传质计算模型,实验与理论结果吻合较好。结果表明,该复合膜全热交换器的总传热系数为20～35 W·m-2·℃-1,总传质系数为（1.5～3.5）×10-3 m·s-1。     

错排孔板封头对板翅式换热器流动与换热的影响

在对板翅式换热器内部物流分配研究的基础上,研究了错排孔板型结构封头对板翅式换热器出口流动与换热的影响。通过实验与工业用基本型封头对比,结果表明错排孔板型封头能够明显地改善换热器出口截面流量和温度分布的不均匀性。在Re=2 000时换热器的出口流量分布不均匀度大幅度地下降;而在Re数较大情况下,能更加显著地改善温度分布的不均匀性。