析湿工况下波纹翅片管换热器空气侧换热与压降特性

研究了析湿工况下1、2排波纹翅片管换热器空气侧换热与压降特性,结果表明：管排数对空气侧换热特性的影响明显,2排管的换热因子要比1排管的换热因子大约60%,而管排数对空气侧摩擦因数影响则不明显;翅片效率随冷水入口温度的降低而增加,随入口风速的增加而快速降低;与其他学者的预测模型相比,换热因子偏小30％。     

带亲水层条缝型翅片管换热器析湿工况空气侧换热与压降特性

对带亲水层条缝型翅片管换热器在析湿工况下的空气侧特性进行了实验研究.分析了翅片间距、管排数和入口相对湿度对空气侧换热及压降特性的影响.研究结果表明,当雷诺数较低时,翅片间距对空气侧换热特性的影响很小,当雷诺数大于1600时,空气侧换热特性随着翅片间距的增大而逐渐减小.翅片间距对空气侧压降特性的影响则同干工况相似.管排数对空气侧换热特性的影响非常明显,但对空气侧压降特性的影响则不明显.空气侧的换热性能随着入口空气相对湿度的增大稍微有所增强,而压降特性则几乎不受入口相对湿度的影响.开发了析湿工况下带亲水层条缝型翅片管换热器空气侧换热因子j和摩擦因子f 的关联式.平均误差分别为9.6%和7.8%,在±15%误差范围内分别能涵盖82.1%和89.3%实验数据.     

析湿工况下带亲水层开缝翅片管换热器空气侧传热传质特性

对7个带亲水层开缝型翅片管换热器在析湿工况下空气侧传热传质特性进行了实验研究，分析了翅片间距和入口相对湿度对空气侧传热传质特性的影响。结果表明，随着翅片间距的增加，空气侧的传热传质特性均逐渐减弱。入口相对湿度对空气侧的传热特性几乎没有影响。随着入口相对湿度的增加，空气侧的传质特性逐渐减弱。开发了反映空气侧传热特性的Colburn传热因子Jh和反映传质特性的Colburn传质因子Jm的关联式，所开发关联式在±15%误差范围内分别能涵盖96.6%和81.4%的实验数据，其平均误差分别为5.3%和8.5%。     

圆管平板-波纹翅片管换热器空气侧流动换热特性的数值模拟

应用软件Fluent对冷凝器常用的平片和波纹翅片管换热器空气侧流动与换热过程进行三维数值模拟.采用求解压力耦合方程组的半隐式方法(SIMPLE)进行迭代计算求解,对平板翅片,均匀波纹翅片和前平板-后波纹翅片三种模型,对进口流速在0.5-5m/s(雷诺数范围140.5～1405)时分别进行了计算,获得所需截面上的场分布图,给出了换热量、压降、单位压降换热量和单位泵功换热量随空气流速变化关系曲线以及拟合努塞尔数、阻力系数和雷诺数之间的对数关系曲线.根据各参数等值线分布图,拟合曲线图,对三种翅片进行对比分析,得到各翅片的流动和换热规律.总之,波纹翅片的传热性能远高于平板翅片,但相应的阻力损失也较大;均匀波纹翅片努塞尔数最大,换热效果最好.     

析湿工况下翅片管式换热器表面粉尘沉积过程的数值模型

空调器采用翅片管式换热器作为蒸发器,在制冷工况下换热器表面发生析湿及粉尘沉积,导致性能衰减。建立湿翅片表面粉尘颗粒物沉积过程的数学模型,模拟冷凝水捕集颗粒物以及湿积灰层黏附颗粒物的过程。被冷凝水捕集的颗粒物数量等于运动轨迹与水表面轮廓会出现相交的入射颗粒物的数量;后续的入射颗粒物与湿积灰层碰撞时,部分入射颗粒物会发生沉积且部分被碰撞的已沉积湿颗粒物会发生移除,这两部分的颗粒物数量相减即为被湿积灰层黏附的颗粒物数量。模拟与实验结果的对比表明,预测的湿积灰层形状与实验照片的吻合度较好,预测的单位面积颗粒物沉积质量与91%的实验数据之间的误差在±20%之间,平均误差为11.8%。     

H型翅片管湿烟气对流冷凝传热的数值模拟研究

通过数值计算对湿工况下的H型和圆型翅片管换热器通道内充分发展段的对流冷凝传热特性进行模拟研究。计算采用压力与速度耦合的SIMPLER算法,湿烟气流速范围为1~5 m/s,水蒸气质量分数范围为5%~13%。讨论了不同入口速度、水蒸气质量分数对H型翅片管和圆型翅片管传热传质系数、传热量、冷凝水流量和翅片效率的影响,并进行定量比较分析。计算结果表明,H型翅片管的传热能力强于圆型翅片管,但冷凝生成量较圆型翅片管小,同时H型翅片管的总翅片效率和潜热翅片效率小于圆型翅片管。     

湿工况下平翅片传热传质实验与数值模拟

研究了湿工况下2排错列平翅片管换热器,迎面风速在0.77～3.06 m·s^-1范围内的传热特性：潜热换热量先是随迎面风速的增加而增加,当迎面风速增加到一定值后,潜热换热量受迎面风速的影响很小;与干工况相比,湿工况下空气侧的对流换热系数有所增加。在实验研究的基础上,为降低数值求解的难度,引入了“壁面反应”来模拟水蒸气在冷壁面的相变传热、传质过程,建立了湿工况平翅片管换热器空气侧三维传热、传质的简化模型。得到了湿空气的温度分布及水蒸气组分分布,并用场协同理论就迎面风速对传热、传质的影响进行了分析。将数值计算的结果与实验数据进行了对比,两者吻合很好。     

湿空气在泡沫金属内析湿过程的换热与压降特性影响因素分析

实验研究了湿空气在泡沫金属内流动析湿过程的换热和压降特性,分析了不同因素的影响规律。研究结果表明:随着入口空气相对湿度的增大,凝结水增多,使泡沫金属的换热量和压降均增大;当入口相对湿度从50%增大到90%时,换热量和压降最大增加了67%和62%;随着入口空气温度的升高,泡沫金属换热量和压降增大;随着冷却水温度的升高,泡沫金属的换热量和压降均下降;随着孔密度的增大,压降增大,但由于受到凝结水影响,总换热量会先减小后略有增大;泡沫金属的迎风高度越大,总换热量和压降越大。     

双开缝翅片空气侧换热和流动特性的数值模拟

利用数值耦合传热计算方法研究了四排管双开缝翅片管式换热器的传热特性和阻力特性,获得翅片附近空气的速度场和温度场,分析了开缝对翅片管换热器换热性能的影响。并针对翅片间距和开缝高度对翅片管换热性能的影响进行了数值模拟分析,得到了开缝高度和翅片间距针对换热系数的最佳组合。     

析湿工况下平直开缝翅片传热传质特性的数值研究

针对现有冷凝模型计算中未考虑对流传质对传质通量的影响,利用Fluent软件中的UDF建立了新的对流冷凝传热模型和基于场协同理论的传热传质特性分析方法。使用新的冷凝模型和分析方法对除湿条件下,入口参数、翅片结构、开缝位置对平直开缝翅片换热器湿空气侧的流动、传热和传质特性的影响进行了研究。结果表明：考虑对流传质的冷凝模型准确度得到提升;传热量、冷凝量随翅片表面开缝高度的增加先减小后增加;上游开缝翅片管的传热量、冷凝量均低于下游开缝翅片管,利用建立的分析方法发现,相同边界条件下,下游开缝翅片的传热场协同角α_m、传质场协同角β_m均小于上游开缝翅片,表明下游开缝翅片的速度场、温度梯度场和浓度梯度场的协同性更优,传热传质能力更强。     

Airside performance of herringbone fin-and-tube heat exchangers in wet conditions

The airside performance for herringbone fin-and-tube heat exchangers under dehumidifying conditions are reported in this study. A total of eighteen samples were tested and compared. The effects of the number of tube rows, fin pitch, tube size, and wave height were examined in this study. A unique characteristic of the herringbone fin pattern is that the friction factors are strongly related to the number of tube rows. The airside performance of the herringbone fin pattern is strongly related to condensate retention. Based on the present test results, heat transfer and friction correlations, in terms of the Colburn j and Fanning friction factors, were proposed to describe the airside performance of the herringbone fin geometry. The correlation of the Colburn j factor gives a mean deviation of 5.76%, while the Fanning f factor shows a mean deviation of 8.27%.     

折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响

为了研究单弓形折流板的切口方向对管壳式换热器传热与流动性能的影响,文中通过建立3个不同折流板切口方向的管壳式换热器简化实体模型,运用CFD软件Fluent对管壳式换热器壳程传热与流动状态进行了三维数值模拟。以水为壳程流体介质,在不断改变壳程进口流速,使得壳程进口雷诺数Re在10 000到70 000范围内变化时,得到了不同状态下的壳程流场与温度场。根据数值模拟结果,以总传热系数α,壳程总压降Δp以及单位压降下的传热系数α/Δp作为综合衡量标准,分析不同折流板切口方向时的管壳式换热器壳程流场与温度场。数值模拟分析结果表明:折流板为垂直切口方向时,管壳式换热器总传热系数最大,压降最小,综合性能最好,另外2种折流板切口方向的管壳式换热器综合性能差不多。     

CFD simulation on shell-and-tube heat exchangers with small-angle helical baffles

Shell-and-tube heat exchanger with helical baffles is superior to that with segmental baffles in reducing pressure drop, eliminating dead zone and lowering the risks of vibration of tube bundle. This paper focused on the small-angle helical baffles that have been merely reported in open literature. These baffles are noncontinuous helical baffles with a helix angle of 10° to 30°, and their shapes are 1/4 ellipse, 1/4 sector and 1/3 sector. To assess the integrative performance, α/?p is employed, and the calculated results show that among the three baffle shapes the heat exchangers with a 1/4 sector helical baffle have the lowest pressure drop. At β = 10° and 20°, 1/4 sector helical baffle heat exchangers show the best integrative performance; at β = 30°, 1/4 ellipse and 1/4 sector helical baffle heat exchangers perform almost the same. For the study of helix angles, we found that 30° has the best integrative performance at low mass flow rate, almost the same as 20° at high mass flow rate.     

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数（攻角,数目,摆放位置）进行了优化。结果表明：纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。     

板泡式换热器对流与导热耦合换热的数值模拟

由于在结构和强化传热方面的优越性,开孔泡沫金属在换热器行业中具有很大的应用潜力。为了探究板泡式换热器的强化传热机理,建立了泡沫金属微尺度几何模型,采用商业软件Fluent 12.1对板泡式换热器内流体流动进行了数值模拟,通过计算其速度、温度和压力分布,分析了换热器内对流与导热的耦合换热情况。研究结果表明:泡沫金属复杂的三维立体结构强化了流体的扰动,增强了二次流,起到了强化传热的作用;泡沫金属与流体分界面分别采用恒壁温和耦合换热2种边界条件时,其温度分布呈现不同特点,耦合换热边界条件更能真实反映实际温度分布情况;去除进口效应的影响,中间段流体的压力梯度随单胞模型呈周期性变化。这为板泡式换热器的设计提供了一定的依据和指导。     

外凸式波节套管换热器壳程流动与传热机理的数值模拟

针对波节套管换热器壳程中的流动和传热机理进行了k-ε的数值模拟研究。采用六面体网格结合波节区域加密的特殊划分方法,进行了首层网格间距和主流区网格间距的无关性分析。数值模拟结果与经验公式进行对比,验证了数值模拟方法的准确性。对比分析了波节管和光管中流动和传热参数（速度、温度、湍动能和湍流耗散率）的性能差异,揭示了波节管的强化换热机理。同时,分析了波节管的局部Nusselt数和阻力降沿壁面的变化规律。结果表明流体在波节的去流侧形成了一个脱体旋涡,破坏了流体的速度边界层和温度边界层,同时使得其内部的摩擦阻力和热扩散能力明显提高,起到了明显的强化换热效应。