折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h．壳程总压降△p以及单位压力损失下的传热系数h／Ap作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降△p以及h／Ap随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明：随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h／Ap减小：在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h／Ap,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度。可提高换热器的换热性能。     

折流板换热器壳程流体流动与传热特性数值模拟

根据流体动力学和计算传热学理论,建立了折流板管壳式换热器计算模型,运用CFD技术对换热器壳程流体的流动与传热问题进行了三维数值模拟,得到了不同壳程进口雷诺数Re条件下换热器壳程流体的流场和温度场。对数值模拟结果进行分析,以总传热系数h,壳程总压降Δp以及单位压力损失下的传热系数h/Δp作为换热器性能的衡量标准,分析了不同折流板间距和不同折流板圆缺高度时管壳式换热器壳程总传热系数h、总压降Δp以及h/Δp随壳程进口雷诺数的变化规律。结果表明:随着壳程进口流速的增大,换热器壳程总传热系数和总压降增大、h/Δp减小;在壳程流体流量不变的情况下,结合单位压力损失下的传热系数h/Δp,适当减小折流板间距或减小折流板圆缺高度,可提高换热器的换热性能。     

椭圆管管壳式换热器壳程传热性能的试验研究

通过试验方法对椭圆管换热器与螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和压降的研究,同时进行了壳程传热性能和压降的对比。从试验数据处理中得出,椭圆管换热器的传热系数虽然不高于采用圆管作为换热管的螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热系数,但其单位压降下的壳程传热系数却远远高于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器单位压降下的壳程传热系数。     

开孔折流板对列管式换热器传热性能的影响研究

针对由传统弓形折流板结构带来的壳程流动死区,从而引起的流动阻力大、传热效率低等问题,本文对折流板进行开孔,通过数值模拟的方法研究开孔折流板结构对列管式翅片换热器壳侧流体流动、传热及阻力性能的影响。研究发现,折流板开孔后,壳程流动死区明显减小,壳程传热系数及压降同比开孔前降低了;综合换热性能同比开孔前提升了。壳程压降随开孔率及板间距的增大而减小,壳程努塞尔数Nu随板间距的增大逐渐增大。从综合换热性能及场协同的角度分析发现,开孔率x=0.229、折流板间距H=85 mm的列管式换热器综合传热性能最佳。     

高效管换热器壳程传热强化效果及机理

采用数值模拟的方法研究几种高效管换热器壳程传热强化效果和机理。结果发现,在所研究的雷诺数范围内,相比于传统光滑换热器,螺旋波纹管、圆弧波纹管、波节管、锥纹管换热器的壳程努塞尔数分别提高26.2%～46.72%,11.01%～28.74%,9.55%～25.13%,7.52%～24.75%。螺旋波纹管的壳程压降高于光滑管,而其他三种波纹管的壳程压降却略小于光滑管。高效管波纹结构对壳程纵流和横流传热影响不同,同种管型相比,折流板缺口区域高效管壳程传热性能高于非缺口区域高效管,而折流板缺口区域光滑管壳程传热性能却略低于非缺口区域光滑管;和光滑管相比,折流板缺口区域高效管壳程局部传热系数明显提高,而折流板非缺口区域高效管壳程局部传热系数变化较小;高效管换热器壳程传热性能高于光滑管换热器,其主要原因是高效管在以纵流为主的折流板缺口区域具有较高的传热性能。     

低压降高效换热器复合强化传热试验研究

大小孔折流板与圆弧波纹管都是近几年提出的降低换热器壳程压降和提高传热效果的结构元件。针对大小孔折流板和圆弧波纹管的特点,提出了将两者相结合的低压降高效换热器,并试验研究该换热器的流动和传热性能。结果表明,换热器具有较低的壳程压降和良好综合传热能力。与光管的普通弓形折流板换热器相比,相同流量下,大孔直径为φ26mm的圆弧切线波纹管与大小孔折流板复合结构换热器的壳程板间压降可降低64％,虽然孔径较大时壳程膜传热系数有所下降,但总传热系数有明显提高。若以单位压降的传热系数来评判,圆弧切线波纹管与大小孔折流板复合结构换热器的强化传热性能要远高于普通弓形折流板换热器,最高值可达普通弓形折流板换热器的2．87倍。     

螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳程传热及压降性能试验研究

通过搭建试验测试平台测试了螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳侧传热及压降性能,并与传统的折流板式油冷却器进行了性能对比。结果表明,螺旋扭曲膨胀管油冷却器传热和压降性能都优于传统折流板油冷却器;在相同的压降下,螺旋扭曲膨胀管油冷却器的壳程传热系数是传统折流板式油冷却器的2³倍,综合性能有明显的优越性。根据试验结果拟合出了螺旋扭曲膨胀管油冷却器壳程传热系数和压降与壳程流速的关系式,为后续螺旋扭曲膨胀管油冷却器的推广应用提供参考。     

三种管壳式换热器传热与流阻性能对比实验研究

弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在流动阻力大和传热死区大等缺点,折流杆换热器壳程流体纵向流动,但当壳程流体雷诺数Re较小时传热性能不佳。为克服上述缺点,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,该换热器壳程流体总体呈纵向流动,局部区域流体倾斜冲刷换热管束。对斜向流换热器与折流板换热器和折流杆换热器传热与流阻性能的对比实验研究表明,在同等壳程流体流量下,斜向流管壳式换热器的传热系数、压降和综合性能均介于折流板换热器与折流杆换热器之间。研究结果为管壳式换热器升级换代提供了一种新技术和新装备,也为热力系统中换热器选型和结构优化设计提供了重要依据。     

螺旋折流板换热器的总换热系数和压降的研究

通过试验,在不同的流量下,对30°、40°螺旋折流板换热器与相应的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和压降性能的对比。得出螺旋折流板结构的螺旋流动强化了传热,减小了壳程阻力。与相应的弓型折流板相比,螺旋折流板换热器的最大特点是单位压降下的壳程换热系数高,且40°螺旋折流板换热器传热效果更好。     

板壳式换热器壳程传热性能研究

形式利用FLUENT软件,在相同的工况条件下对3种具有不同折流板结构的板壳式换热器壳程传热性能进行了数值模拟分析与比较。结果表明传热性能最好的为弓形折流板结构,其次为弓缺形折流板结构,最后为环形折流板结构。通过样机试验对最优结构的板壳式换热器壳程传热性能模拟结果的正确性进行验证。此次研究对板壳式换热器壳程强化传热提供了参考,具有一定的工程实际意义。     

周向重叠三分螺旋折流板换热器油-水传热性能试验研究

对倾斜角为12°、16°、20°、24°和28°的周向重叠三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热和压降性能进行试验研究。换热器采用公共壳体和可更换管芯结构,热流体与冷流体分别为70℃左右的导热油和11℃左右的冷却水。试验结果表明,在试验范围内周向重叠三分螺旋折流板换热器总体传热系数、壳侧传热系数、壳侧压降和综合性能综合指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3都随着倾斜角增大而减小;倾斜角12°方案的性能指标最佳,其壳侧传热系数ho、综合性能指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3与弓形折流板换热器的数值之比的平均值分别为1.253、1.391和1.285。     

螺旋折流板换热器局部流场和温度场的数值研究

建立连续螺旋折流板换热器和四分螺旋折流板换热器模型,采用大型CFD分析软件FLUENT借助数值模拟的方法,研究螺旋折流板换热器局部流场和温度场的分布规律,并采用耗散原理对两种折流板结构下换热器的综合性能进行对比研究。结果表明,以耗散分析为指标的评价标准同以换热器综合性能为指标的评价标准具有一致性。相同的壳程流量下,同四分螺旋折流板换热器相比,连续螺旋折流板换热器耗散值较小。两种折流板类型的换热器局部流场和温度场分布均呈现出相同的规律,壳程中心部位,换热管壁面传热系数最高,沿壳体径向,流体螺旋流动状态和换热管壁面传热系数均呈现先减小后增加的现象。同连续折流板相比,折流板的不连续性在小流量下能够促进壳程中心部位的局部传热,当流量增大到一定程度则表现为减弱壳程中心部位的局部传热。计算结果为改进螺旋折流板结构形式提供了理论依据。     

不同螺旋角的螺旋折流板换热器性能试验研究

对螺旋角为12°,18°,30°,40°的单螺旋折流板换热器进行传热性能和壳程压力降性能测试,并应用英国传热协会的换热器计算软件对螺旋折流板换热器进行计算,得到了相应结构下的总传热系数和压力降.然后通过对试验数据的整理分析,并进行曲线回归,得到了壳程对流换热系数和压力降的经验计算公式,该公式可以为螺旋折流板换热器设计计算和数值模拟提供一定的参考价值.     

倾斜折流栅式换热器壳程热力特性研究

为提升常规斜向流换热器的壳程传热性能,提出了一种倾斜折流栅式换热器。采用CFD分析软件FLUENT,标准k-ε模型方程对两种斜向流换热器的壳程热力特性进行了数值研究,并运用场协同原理分析了斜向流换热器的强化传热机理。结果表明:随着折流栅倾斜角的降低,壳程传热系数、压降、综合性能升高,但随着倾斜角的继续降低,如在(60~70)°范围内,壳程传热系数和综合性能基本保持不变;倾斜折流栅式换热器能够提高壳程局部纵向流场的流速,增加壳程流体整体的斜向流程度和速度场与温度场的协同性,强化换热。倾斜角为70°时,倾斜折流栅式换热器较常规斜向流换热器壳程传热系数和综合性能分别提高(7.54~7.66)%和(6.29~6.45)%。研究结果为斜向流换热器的结构优化和推广应用提供了理论依据。     

板壳式换热器壳程传热性能分析

针对一种波纹板式换热器,改变其板束放置方式和折流板切口方向建立4种不同结构实验模型。利用Fluent分析壳程流体传热性能,得出板束竖直放置—折流板水平切口模型换热器压降ΔP最小;忽略压降损失时板束竖直放置—折流板垂直切口模型换热器的对流传热系数ho最高;在综合考虑的情况下,前者ho/ΔP最高,传热性能比其他模型增高40%以上,该实验对同类产品设计研究可提供理论参考。     

螺旋折流板换热器数值模拟研究与对比分析

通过对比条件一致的弓形折流板和螺旋折流板换热器的数值模拟结果,发现螺旋折流板换热器壳程绝大部分区域轴向速度占优,导致了螺旋折流板换热器壳程的压降和传热量均小于弓形折流板换热器。而螺旋折流板换热器三角区较高的切向流的原因是:三角区是上下游不同象限折流板区间接触"短路"的区域,故在这一区域存在较大压差会引起流体"短路"。同时,本研究也对比了螺旋折流板换热器数值模拟结果和工程半经验算法的计算结果,发现工程半经验算法得到的传热系数h偏低;且工程半经验算法中,对通过壳程半幅对称面的净质量流量考虑较简单,未考虑相邻三角区流体"短路"的影响,故有必要重新考虑螺旋折流板换热器热工设计校核中所用的传热系数h计算公式。     

螺旋角度不同的螺旋折流板换热器壳程传热性能研究

对螺旋角度分别为25°、30°和40°的螺旋折流板换热器壳程传热性能进行了试验与研究,同时对螺旋角度为25° 30°和40°的螺旋折流板换热器与传统的弓形折流板换热器壳程传热性能进行了比较.实验结果表明,螺旋角为40°的螺旋折流板换热器的传热效率最高,螺旋折流板换热器的壳程传热效率都比传统的弓形折流板换热器壳程传热效率高.     

开孔形状对大小孔折流板换热器性能影响的研究

为了改善传统弓形折流板换热器换热效率较低、压降损失大等传热状况,在大小孔折流板换热器开孔面积相同的条件下,建立了大孔形状分别为圆形、正方形和三角形的数值分析模型,应用CFD技术对大小孔折流板换热器的流动和传热规律进行了研究,得出了大孔形状对换热器壳程传热系数和压降的影响。     

新型纵向流油冷却器传热性能及压降的试验研究

对两种不同角度的螺纹翅片管,分别在螺旋折流板及新型壳程挡板支撑下的3种结构的油冷却器进行了传热与阻力性能试验,结果表明,翅片角为5°的螺纹翅片管的传热性能比翅片角为13.5°的螺纹翅片管提高10%～30%,而流动阻力相差很小。对于同角度的螺纹翅片管油冷却器,新型阻流片壳程挡板虽然传热效果不及螺旋折流板,但是其壳程压降较螺旋折流板降低30%～40%,且单位压降下的热交换量提高10%～40%,这种结构对于大流量、长径比大且对壳程压降要求较高的油冷却器有一定的研究意义。     

基于单元流道模型的三叶孔板换热器热力性能研究

三叶孔板换热器是一种新型纵流换热器,广泛应用于核电装备领域。建立了三叶孔板换热器壳单元流道模型,利用商用软件FLUENT 14.0及三种湍流模型对换热器壳程流体流动及传热性能进行数值模拟,通过与试验对比优选了湍流模型。分析了其壳程流体流场和温度场的分布情况及支撑板间距、三叶孔孔高等结构参数对三叶孔板换热器传热和阻力性能的影响。在此基础上,进一步与整体模型的计算结果进行了比较。结果表明:采用可实现k-ε湍流模型的计算结果更为准确;壳程努赛尔数和阻力因子随支撑板间距和开孔高度的增大而减小;综合考虑相关因素,单元流道模型是研究纵流壳程换热器传热与阻力性能的一种可行且高效的模型和方法。