板翅式换热器的两相流混合性能模拟分析

针对板翅式换热器的气液两相流换热问题,利用工艺模拟软件Aspen Hysys,建立了5种不同冷流组分的板翅式换热器模型。通过比较分析,得出了不同冷流组分气液混合性能对板翅式换热器的换热面积、对数温差和最小温差的影响,为板翅式换热器优化设计提供了新的依据。     

LNG系列板翅式换热器的研究与开发

介绍了一级制冷五股流板翅式换热器、二级制冷四股流板翅式换热器、三级制冷三股流板翅式换热器和混合制冷剂多股流板翅式主换热器的板束结构特征、制冷工艺与混合制冷剂制冷原理。展望了LNG系列板翅式换热器的重要研究方向以及需要进一步解决的关键科学问题。     

LNG一级五股流板翅式换热器的研究与开发

对天然气低温液化领域中LNG多股流板翅式换热器的总体结构和研究开发现状进行了说明,对第1阶段在五股流板翅式换热器中将36℃的天然气冷却至-53℃以便进入二级预冷段的工艺流程进行了论述,并说明了涉及的主要原理和技术解决方案,最后指出了LNG板翅式换热器进一步的研究方向和有待解决的问题。     

并联管路气液两相流量均布特性数值模拟研究

为了确保大型液化天然气(LNG)板翅式换热器冷箱并联管路流量均布性,基于计算流体力学(CFD)方法,根据实际板翅式换热器冷箱并联管路的形式,简化并建立了并联管路物理模型,模拟研究了气液两相流的流量均布特性。研究结果表明:当气液两相流速固定时,增加两相的体积含气率会先降低后提高流量分配的均匀性;当两相的体积含气率固定时,流量分配均匀性随流速的增加而变好。不同管路布置方式对并联管路流量分配影响不同。为提高并联管路流量的均布性,当管道水平布置时,优先考虑水平上进下出式;当管道垂直布置时,优先考虑垂直向下流入式。上述研究成果将为大型LNG板翅式换热器冷箱并联管路运行参数和布置方法的设计提供重要的理论依据。     

用于低干度混合工质制冷的板翅式换热器传热系数

对于中小型天然气液化装置,板翅式换热器被广泛应用于回热换热。然而,目前对低干度混合工质在板翅式换热器中低温换热性能优化等问题的研究甚少。因此,搭建一套采用单级压缩、一级回热的Linde-Hampson制冷循环系统,并以N₂-CH₄-C₂H₄-C₃H₈-iC₄H₁₀作为混合制冷剂制取-160℃低温,用以重点分析板翅式换热器中的总传热系数以及影响板翅式换热器传热系数的因素。实验结果表明:低干度下板翅式换热器中总传热系数在2.6~22.7 W·m^-2·K^-1之间,受制冷温度和循环浓度变化的影响不明显,而目前对低干度低流速下混合制冷剂的低温换热性能预测仍存在一定的偏差,其中Cavallini和Modified Granryd的计算模型经修正后可推荐使用;同时,也从制冷剂流速、压降等方面对板翅式换热器优化设计提出了相关建议。     

一种新型板翅式换热器气液分配器分配特性的敏感性分析

两相流动分配不均是影响板翅式换热器换热效率的主要因素。传统的"先混合,后分配"方法不能解决在导流翅片中流向突变时气液分离引起的气液两相流体分配不均问题,因此采用"先分配,后混合"的理念提出了一种新型的气液分配器,气体和液体分别从各自的通道进入分配器,在分配器内均匀混合后进入换热器的翅片换热通道进行换热。通过对分配器内部流场的数值模拟,发现:分配器的气液分配不均匀度随流量的增加而增加,且不均匀度受液相流量的影响比气相大。该气液分配器的气液分配不均匀度相比传统封头结构降低了一个数量级,能够有效改善板翅式换热器层间通道的气液分配特性,提高板翅式换热器的换热效率。     

板翅式换热器技术的发展与应用

阐述了板翅式换热器的基本结构、翅片类型以及传热机理。从钎焊工艺、新型材料开发和计算机辅助系统三个方面,探讨了板翅式换热器技术近些年的发展历程和发展方向。简述了板翅式换热器在多股流复杂换热过程中的应用,并展望了板翅式换热器在新能源开发等领域的发展前景。     

气液两相流对板式换热器影响的模拟研究

用Fluent软件对人字形板式换热器冷流道中气液两相流的4组不同工况进行了模拟研究,分析了冷流道中两相流体的流动和换热特性以及气体在流道中的分布状况。结果表明,由于气相的扰动作用,使进出口连线一侧传热死区的换热状况有了很大改善;在一定含气率范围内,随着空气体积含气率的增大,增强了板式换热器的换热效果。     

氢液化流程中催化换热一体化可行性研究

针对实际氢液化工厂存在能耗高和产量小的问题,一种氢正仲转化催化与换热一体化技术出现在许多新型概念性的氢液化循环中。文中采用CFD数值模拟方法,研究了该技术中所采用的催化剂填料板翅式换热器微小翅片通道的流动换热性能。结果表明:降低工质的入口雷诺数,增大催化剂颗粒粒径,增大填料孔隙率分别对填料流道的综合性能提升可达110%,17.9%和111%。通过调整入口雷诺数、填料粒径及孔隙率,填料流道的综合性能略低于空流道6.25%。由此验证催化换热一体化技术的可行性,为后续研究工作打下基础。     

天然气冷却异型翅片通道内流动与传热特性研究

通过数值计算模拟分析的方法研究了板翅式换热器内部翅片的几何参数对工质流动与传热特性的影响。分别分析了翅片间距、翅厚、翅片错开比以及翅片切开长度对流动和换热的影响,研究发现波纹锯齿翅片的传热能力最好,锯齿翅片次之,平直翅片的传热能力最差。且在不同工况下翅片结构参数存在着最佳值,在流动阻力增加较低的情况下获得更高的传热系数,从而为板翅式换热器的优化设计提供参考。     

板翅式换热器数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了板翅式换热器的流体流动与传热性能,得出了七种不同高度、厚度和翅片间距大小的翅片流道中流体平均Nu数和压力降随Re数变化的曲线.     

LNG换热器强化传热技术研究进展

介绍了LNG(液化天然气)换热过程所根据的相关理论进展,重点论述国内外LNG换热器强化传热应用的研究进展,针对其中的研究背景、研究方法和结果,提出了研究结论不具普适性、换热因素分析多停留在定性分析,无法上升到定量分析等问题,并根据我国LNG换热器强化传热研究的情况,提出LNG换热器下一步的研究方向,如加强多相流传热过程理论分析、开展多工况换热分析等。     

板翅式换热器两相流分配器

两相流体分配不均匀是造成低温换热器传热性能急剧下降的主要原因。在板翅式换热器两相流入口设置分配器是一种广为采用的改善分配特性的工程方法。本文以空气-水实验模拟系统研究了一种两相流分配器的分配特性。研究表明：所研究的气液分配器能够提高气液在板翅式换热器层间翅片通道分配的均匀性。     

板翅式换热器封头对其流体分配及换热的影响

实验研究了板翅式换热器封头结构对其内部流体分配及换热特性的影响,实验结果表明,目前工业应用的板翅式换热器内部存在流体分配极为不均匀的严重问题,造成了其换热效能的严重下降。研制了各种新型孔板封头结构,并且实验研究了新型封头的各种参数,如孔板长度、开孔的分布规律和小孔直径对板翅式换热器流体分配及换热的影响。研究结果表明,孔板封头从根本上改善了换热器内部流体的分配问题,流体不均匀度从0.208减小到0.035,最大与最小流速比由改进前的2—3倍降低到1.1—1.2倍,温度分布不均匀度从0.826减小到0.601。孔板型封头结构增加了换热器的流动阻力,错排孔板型封头在改善换热器流体分配的同时,也较好地抑制了阻力损失的增加,得到了不同封头结构的流动阻力与雷诺数之间的关系。     

低温多股流板翅式换热器设计优化方法研究进展

针对多股流体流动换热、复杂翅片结构优化、多重通道排布匹配以及低温工程应用等特点,本文归纳分析了低温多股流板翅式换热器结构设计中凸显的流股换热匹配、通道分配排列、多物理场叠加以及低温特殊工况下的应用等问题。总结了在通道结构优化与零部件设计中,通过翅片通道传热流动特性及相关性能评价方法来指导结构选型。文章还深入分析国内外现状,讨论了板翅式换热器的研究热点与发展方向。文章指出低温多股流板翅式换热器应用于大型空分等石化工业流程中优势明显,可显著提高气体液化率,降低实际能耗,进而提升系统运行效率。因此,对于实际应用中可能遇到的设计问题,应考虑结合局部换热网络与多流股匹配、翅片结构设计与通道排列算法优化、多场仿真与试验研究等手段形成合理优化方法和设计框架,来摆脱目前传统经验试凑所带来的限制。     

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

板翅式换热器波纹翅片性能数值模拟及其优化

为提升板翅式换热器的综合性能,采用数值模拟方法,研究分析了翅片结构参数对板翅式换热器波纹翅片的流动传热特性和承压能力的影响。研究结果表明:波纹尺度对换热性能和流动阻力影响最大,而翅距和翅厚对翅片承压能力影响最大;波纹翅片结构参数主要通过改变换热面积和流速,以及加剧流体内部搅混来改变流动换热特性,其中加剧流体内部搅混为主要影响途径。结合动态Kriging响应面和遗传算法进行结构优化得到3组翅片结构参数,相较于常用结构,优化后翅片JF因子可提升5.8%～7.8%,而最大应力可降低7.3%～22.8%。研究结果可以为板翅式换热器波纹翅片的优化设计提供理论指导。     

综合性能优化在板翅式换热器设计中的应用

采用综合性能优化设计方法,运用计算机语言编制程序,以单位传热量的可用能损失率最小为目标函数,寻求流动参数的最佳值,利用换热器两侧流动换热过程的流动与换热的准则关系式,在设定挟热热流密度和选定换热器某个结构尺寸的基础上,采用迭代的方式完成燃气．空气单侧翅片的板翅式换热单元的结构参数、流动参数与换热性能的优化设计。     

封头结构对板翅式换热器温度分布特性的影响

在对板翅式换热器内部物流分配不均匀性研究的基础上,研究了各种封头结构对换热器换热性能的影响以及由于换热器内部物流分配不均匀引起换热器效能下降的问题.实验结果表明：不同封头结构对换热器流量分配和温度分布影响很大,改进型的封头结构不仅缩短了换热器从开启到稳定工况的时间,而且使得板束内部截面物流分配和温度分布更加均匀,并且通过实验研究得出了物流分配不均匀度与换热器整体效能变化的关系曲线和关系式.     

板翅式换热器平直翅片表面流动及传热特性

为了提高板翅式换热器的换热性能,采用CFD数值模拟方法,研究了翅片结构参数和入口Re数对板翅式换热器平直翅片的表面传热与流动阻力特性的影响。研究结果表明:当流体被加热时,翅片通道内部靠近固体壁面的流体温度较高,通道中心主流体区温度较低。流体在翅片通道内的温度分布呈一定梯度,靠近一次表面的流体温度梯度较大,而靠近二次表面的流体温度梯度较小。随着翅片高度和翅片间距的增加,平直翅片的表面传热因子和摩擦因子增大。而且,增加翅片的厚度,可在一定程度提高其换热性能,但翅片厚度存在一个最优值。研究结果可为板翅式换热器的优化设计提供理论指导。