螺旋翅片管束空气侧流动与换热特性研究

采用数值模拟与模化试验相结合的方法研究螺旋翅片管空冷器空气侧的流动与换热特性。分析翅片螺距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距对换热与阻力的综合性能影响;基于正交试验原理,以Q_v,Nu,Δp,f为指标,分析翅片螺距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距对不同指标的影响程度差异,并获得各指标均较优的翅片螺距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距的优化组合。结果表明:当其他结构参数一定时,PEC最优的翅片螺距、翅片高度、横向管间距、纵向管间距分别为3.5,6.5,67,53.69 mm;Q_v,Nu,Δp,f较优的结构参数组合为翅片螺距3.5 mm、翅片高度15.5 mm、横向管间距67 mm、纵向管间距53.69 mm;与国标推荐结构相比,相同Q_v时优化结构的Δp明显较小。研究成果可为空冷器螺旋翅片管束优化提供依据。     

热管蒸发器烟气侧换热性能数值分析

针对热管蒸发器内烟气侧的流动和传热问题,建立三维几何模型,采用数值模拟的方法研究了不同雷诺数下翅片螺距、翅片高度、管间距等因素对螺旋翅片管束传热和阻力特性的影响。结果表明:在研究范围内,随着翅片螺距的增大,螺旋翅片管的传热性能增强;随着翅片高度和管间距的增加,螺旋翅片管的传热性能减弱。随着翅片高度的增加,螺旋翅片管的阻力增大,随着翅片螺距和管间距的增大,螺旋翅片管的阻力性能减弱。研究发现,在所选用的翅片尺寸范围内,当螺距为10 mm、翅片高度为5 mm、管间距为55 mm时综合换热性能最佳。     

翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束性能的影响

为了提高平齿型翅片管的强化传热效果,通过改变其锯齿的扭转方向和偏折角度得到了折齿型螺旋翅片管。利用数值模拟和模化试验相结合的方法对基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束进行研究,得到了翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束的换热与阻力性能的影响规律和最优翅片螺距。结果表明:翅片螺距P_f在3.63~8.47 mm范围内,空气侧Nusselt数Nu随P_f增大呈先递增后递减的趋势;当P_f大于6.35 mm时,翅片螺距增大对Nu的影响相对已不明显;空气侧Euler数Eu随P_f增大而减小。对于基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束,P_f为6.35 mm时其性能指标Nu·f ^-1/3均最大,因此P_f=6.35 mm是最优翅片螺距。     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S₁、纵向管间距S₂和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明：横向管间距在60.55～70.55 mm范围内,空气侧Nu和Eu均随S₁减小而增大,S₁为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65～75 mm范围内,空气侧Nu随S₂减小而增大,Eu变化不明显,S₂为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5～2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

翅片螺距对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响

在连续螺旋翅片管基础上发展而来的锯齿螺旋翅片管具有易于制造、翅化比大,传热系数和翅片效率更高等优点,已广泛应用于各类大型气体换热设备中。为获得翅片螺距对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响,在分析其影响机理的基础上对5个锯齿螺旋翅片管错列管束进行了实验研究。实验结果表明：在实验研究的翅片螺距范围(3.831～4.167 mm),相同Re下随翅片螺距增大,管束翅侧Nu增大19%,Eu减小8%;因锯齿螺旋翅片中气流更易渗透和冲刷充分,翅片螺距大于4 mm时其对翅侧Nu的影响已不明显;随气流Re增大,管束综合传热性能j相似文献   

湿烟气工况下齿形螺旋翅片管束的性能研究

换热器烟气侧自身结构参数和外界条件是影响换热器换热及阻力特性的主要因素,采用数值模拟和实验方法研究了翅片螺距及烟气含水量对齿形螺旋翅片管束换热及阻力特性的影响。结果表明,在翅片螺距3.63～8.47 mm范围内,烟气侧 Nu随着翅片螺距的增大而增大,在不同入口烟温下,相对于3.63 mm翅片管,5.08 mm和8.47 mm翅片管 Nu分别增大3%~6%和9%~14%, Eu随着翅片螺距的增大而减小,相对于3.63 mm翅片管,5.08 mm和8.47 mm翅片管 Eu分别减小30%和50%左右;烟气含水量的适当增大,有利于提高齿形翅片管束的换热及阻力特性。     

锯齿型螺旋翅片管束传热特性实验研究与传热关联式评价

对一种锯齿型螺旋翅片管束的传热特性进行了系统的实验研究,基于实验结果提出了该管束的换热关联式,并与现有的相关关联式进行对比分析。研究发现,当纵向管排数小于4时,管束换热的Nu随管束的增加而增大,而当管排数不小于4时,管排数对管束换热的Nu影响不显著。现有的关联式之间差异较大,评估关联式应综合考虑关联式预测值与实验值的偏差和关联式预测值与实验值随雷诺数变化趋势。     

管束结构对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响

在模化试验验证的基础上,对不同横向管间距S_1、纵向管间距S_2和椭圆管长短轴比a/b的开缝翅片椭圆管换热器进行了数值模拟,分析了管束结构的差异对开缝翅片椭圆管换热器性能的影响。结果表明:横向管间距在60.55~70.55 mm范围内,空气侧N_u和E_u均随S_1减小而增大,S_1为60.55 mm时换热器综合流动传热性能最好;纵向管间距在65~75 mm范围内,空气侧N_u随S_2减小而增大,E_u变化不明显,S_2为65 mm时换热器综合流动传热性能最好;横向管间距对开缝翅片椭圆管换热器传热、流动性能的影响较纵向管间距更为明显;在等周长条件下,椭圆管长短轴比a/b在1.5~2.5范围内,a/b为1.8时换热器综合流动传热性能最好。研究成果可为此类换热器在工程实际中的应用与进一步优化提供依据。     

立式花瓣管外空气螺旋流动传热及流阻性能研究

螺旋隔板花瓣管换热器具有优异的换热性能,但由于目前基础数据不足,螺旋隔板花瓣管换热器的应用还未能普及,研究花瓣管几何结构参数对换热过程的影响规律及传热机理,可为该类型换热器提供设计依据.今在实验中通过采用空气在缠绕金属螺旋片的换热管外套管环隙中的换热来模拟螺旋隔板换热器的换热过程,研究了空气在缠绕螺旋片的立式光滑管和不同翅片高度与间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热与流阻性能,分析了花瓣管翅片高度和间距等主要几何结构参数以及管外空气流速对传热与流阻性能的影响.实验结果表明:翅片高1.5mm、间距1.0mm的花瓣管具有最佳的传热性能,花瓣管外空气对流换热系数是光滑管的1.48～3.24倍;在实验范围内,随着空气流速的增加,花瓣管外空气对流换热系数与流动阻力也相应增加,但综合换热性能下降并在空气流速为36.0～42.2m·s-1时达到最低值.     

空气在立式花瓣管外螺旋流动传热与流阻性能研究

试验研究了空气在5种管径相同、不同翅片高度和翅片间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热和流阻性能,分析出在试验范围内:花瓣管翅片高度相同时存在一最适宜翅片间距,使其传热性能最优;花瓣管翅片间距相同,翅片越高,其传热性能越好,而流动阻力损失也越大;管外系统压力越高,换热效果越好,且不会增加其流动阻力,这可为设计高效立式螺旋隔板花瓣管换热器提供参考依据。     

管内插入螺旋翅片流动与传热特性的数值模拟

为研究管内插入螺旋翅片在低雷诺数下流动与传热特性,利用层流模型和周期性边界条件进行了3维数值模拟,以水为介质,在恒热流条件下,分别选取4种不同螺旋翅片高度(h=2、4、6、8 mm)和节距(P=20、40、60、80 mm)组成的16组结构参数,并对每组结构参数在两个不同雷诺数(Re=450、650)下进行模拟;讨论了螺旋翅片高度和节距对努赛尔数、阻力系数、综合性能、场协同性能和涡量的影响。结果发现,内插螺旋翅片能够显著强化换热,在较小片高时,翅片节距之间容易产生横向漩涡;除节距和片高同时较小的情况外,努赛尔数和阻力系数随节距增大而减小,随片高增大而增大;适当选择片高和节距数值,可以提高综合换热性能。     

螺旋套管换热器壳程流体湍流换热热力性能数值研究

利用计算流体力学软件对内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的湍流流动和换热性能进行了数值模拟。通过与内管为光管的研究结果对比,揭示了内管为螺纹管时壳程流体的速度场和温度场分布,研究了雷诺数、槽高对壳程流体湍流流动及换热性能的影响,并利用场协同原理初步揭示了螺纹复合螺旋流动强化流体换热的机理。结果表明,螺纹内管的螺纹凸起对螺旋套管换热器壳程流体的扰流和导流作用明显,在研究范围内(Re=10000～24000),内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的传热效率较内管为光管的模型最大提高了22.1%;结构参数相同时,随着Re增大,螺旋套管换热器壳程流体的Nu逐渐增大,阻力系数f逐渐减小,综合评价因子Ψ逐渐减小,在研究范围内,Nu最大增加了85.6,f最大减少了0.008,Ψ从1.35减小至1.18。当Re一定时,当量高度h’增大,f逐渐增大,Nu先增大后减小。由场协同原理分析得出,h’=0.220时,在螺纹凸起扰流和导流的作用下壳程流体的温度场与速度场协同性能较好,综合评价因子Ψ最大,螺纹的优化当量高度h’宜取约0.220。     

脱硫废水零排放处理系统蒸发段翅片结构的数值模拟

构建了一套新型脱硫废水零排放处理系统，针对该系统中相变换热技术与多效蒸发技术的耦合点，对蒸发段烟气侧不同结构的翅片进行数值模拟研究。结果表明：翅片间距过小时，会增大烟气压降，使风机功耗过大，从而导致成本增加，当翅片间距为8 mm时，传热性能最佳；翅片高度过大时，传热阻力过大，翅片高度过小时，烟气压降过大，使得风机功耗过大，成本过高，当翅片高度为10 mm时，翅片管的传热性能最佳。     

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.     

椭圆管束对流换热性能的数值模拟研究

运用计算流体力学(CFD)FLUENT软件,对水横掠叉排椭圆管束时管外流动和换热性能进行了二维数值模拟。结果表明,增加纵向或横向管间距,管束尾部的漩涡数量和大小都会有所增加,换热性能降低;纵向或横向管间距的减小,都会对尾部漩涡产生抑制作用,使换热性能提高。来流速度的增加会使管束换热效果增强。综合考虑管束换热性能以及阻力因素,纵向管间距与管束特征尺度的比值为3.0~3.5、横向管间距与管束特征尺度的比值为1.75,来流速度为4m/s时,可以实现低压损的情况下换热效果的显著提升。     

螺旋折流板冠形翅片管油冷器性能的研究

油冷器广泛应用于石化及各类机械加工过程中,新型高效油冷器的开发和研究有着重要意义。对不同结构参数的螺旋折流板冠形翅片管油冷器进行了实验研究,得到了油冷器的传热与阻力性能曲线,结果表明,油冷器的壳侧传热膜系数可达1 100—1 300 W/(m2.K),同时压降比弓形折流板光滑管降低30%—50%;传热管的翅片间距和翅片高度必须在合理的范围内,均在1.0—1.2 mm时,油冷器的性能较佳。     

翅片板式传热器双流道传热与流动数值模拟

焊接型板式传热器的紧凑性好、质量轻、传热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识,因此人们纷纷对板式传热器内流动状态和传热机理展开研究。鉴于此,本文运用数值模拟软件Fluent对全焊接翅片板式传热器双流道进行模拟,在此基础上又进行了实验研究及实验数据与数值模拟的对比分析,得出不同结构参数和操作参数下翅片的传热系数和压力降,并分析翅片高度和翅片间距对翅片传热性能与流动阻力的影响。结果表明：①固定冷侧的入口速度和温度,热侧的传热系数和压降随之热侧入口速度增加而增大;②板间距一定时,翅片高度并非越高传热性能越好;③翅片间距越小,传热性能越好。     

载气汽油在水平螺旋扁管管束外的沸腾换热

以汽油-空气为介质,在不凝性气体质量含量不超过5%时,分别对导程为200mm、300mm和400mm的螺旋扁管管束外的沸腾换热进行了实验研究,分析了沸腾换热系数随两相质量流量和导程的变化规律。结果表明在一定的汽油质量流量下,沸腾换热系数随质量含气率的增大而降低,而随汽油质量流量的不同,沸腾换热系数的主要影响因素有所不同。并且拟合得到了相关条件下,载气汽油在3种不同导程的螺旋扁管管束外的沸腾强化换热实验关联式。     

管束的空间排布对翅片管换热器热力性能影响的分析

对翅片管换热器热力性能(传热及流动阻力)的各影响因素进行了分析,其中作为换热器核心部分的换热管束,其空间排布(换热管排间距、管间距之间的数值关系)对换热器的热力性能有着至关重要的影响.综述了在场协同理论、等流速流动等相关理论的结合下的最新研究成果.并通过概述翅片管换热器研究中管束对传热及流动阻力影响的国内外研究现状,分析了在不同翅片及基管类型结构尺寸下,管束对换热器热力性能影响的规律,并在此基础上对管束排列形式的研究前景进行了展望.     

竖直通道内水平管束自然对流的数值模拟

采用非稳态的层流模型对竖直通道内水平管束的自然对流换热进行了数值模拟。分析了管间距以及瑞利数的变化对管束自然对流的流动和换热特性的影响。数值模拟结果表明:随着管间距和瑞利数的增大,管间的流动由稳定的对称状态逐渐发展为随时间的周期震荡状态和混沌的震荡状态,并给出了管后所有对称流动状态消失的临界管间距和瑞利数。圆管换热在瑞利数较小时随管间距的增大变化较小,当瑞利数在106≤Ra≤108范围时,圆管换热总体随管间距的增大而减小。