恒壁温时污垢对管内对流换热过程热力学性能影响的分析

基于热力学第一、二定律 ,在恒壁温工况下分析了污垢对管内对流换热过程热力学性能的影响 ;提出了反映污垢对管内对流换热过程热力学性能影响的指标———单位传热量的熵增率 ;讨论了管内流体Reynolds数(无污垢时 )和量纲为 1的入口换热温差等参数对单位传热量熵增率的影响 .研究结果表明 ,该指标不仅能反映污垢对管内传热过程的影响 ,而且能反映污垢对管内流动过程的影响 ,而由污垢层导热所引起的熵产在管内传热过程总的熵产中占有重要的地位     

复杂结构微通道热沉液体强化传热过程的热力学分析

微通道液体流动与传热是一个典型的不可逆过程,有必要减小传递过程中的不可逆损失大小,提高其有效利用程度,属于“质”的范畴。首先,根据热力学第一及第二定律,推导出了熵产率及热能传输系数,指出降低微通道热沉内液体温度梯度净值可以提高热能的有效利用程度;然后,基于前期的研究基础,设计出新型复杂结构微通道热沉,并模拟其三维流动与传热过程,对比分析微通道热沉结构的变化对熵产率及热能传输系数的影响,结果表明降低流体温度梯度的净值可以减少热能不可逆损失的大小,使热沉底面温度更均匀,有利于延长微电子器件的寿命;最后,由强化传热因子、熵产率及热能传输系数的定义指出用强化传热因子来评价微通道的综合传热性能更合理,而应该用熵产率及热能传输系数来评价能量的不可逆大小及利用程度。总之,热力学第一定律为微通道的综合传热性能提供了评价标准,而热力学第二定律指出了影响微通道内部强化传热的本质因素,二者相互联系,为微通道的优化设计提供热力学理论。     

复杂结构微通道热沉液体强化传热过程的热力学分析

微通道液体流动与传热是一个典型的不可逆过程,有必要减小传递过程中的不可逆损失大小,提高其有效利用程度,属于"质"的范畴。首先,根据热力学第一及第二定律,推导出了熵产率及热能传输系数,指出降低微通道热沉内液体温度梯度净值可以提高热能的有效利用程度;然后,基于前期的研究基础,设计出新型复杂结构微通道热沉,并模拟其三维流动与传热过程,对比分析微通道热沉结构的变化对熵产率及热能传输系数的影响,结果表明降低流体温度梯度的净值可以减少热能不可逆损失的大小,使热沉底面温度更均匀,有利于延长微电子器件的寿命;最后,由强化传热因子、熵产率及热能传输系数的定义指出用强化传热因子来评价微通道的综合传热性能更合理,而应该用熵产率及热能传输系数来评价能量的不可逆大小及利用程度。总之,热力学第一定律为微通道的综合传热性能提供了评价标准,而热力学第二定律指出了影响微通道内部强化传热的本质因素,二者相互联系,为微通道的优化设计提供热力学理论。     

基于分布参数的管内传热和热力学

针对流体热物性参数随温度变化大或存在相变传热的管内流动问题,提出了分布参数研究方法,特点在于边界条件、物性参数、传热和阻力计算准则式等参数都实现了局部化,能够得到管内流动更加真实准确的传热和热力学特性,并以焓方程代替温度方程,统一了相变与非相变情况下的计算。以充分发展的空气圆管层流流动为例,与解析解的结果进行了对比,验证了分布参数模型的正确性。着重分析了热物性随温度变化较大的丙三醇以及湿空气中有相变发生时的管内流动的传热特性和熵产特性。本文模型不仅对研究管内流动的基本科学问题很有意义,也是研究换热器分布参数模型的基础。     

浸没燃烧式气化器换热管内跨临界液化天然气的传热特性

浸没燃烧式气化器(SCV)换热热阻主要存在于换热管内部,研究管内跨临界液化天然气(LNG)传热特性对提高设备整体的换热效率具有重要意义。本文建立了能够描述换热管内跨临界LNG流动与传热过程的数值计算模型,分析了换热管内LNG的传热规律,获得了入口速度、入口压力和壁面热通量对局部传热系数的影响规律,提出了适用于预测管内跨临界LNG传热特性的量纲为1关联式。结果表明,沿着LNG流动方向,局部流体传热系数先增大后减小,且最大值出现在拟临界温度附近,超临界条件下LNG热物性剧烈变化是引起强化传热的主要原因;在一定范围内,提高入口速度可以有效地强化流体传热能力,局部流体传热系数的最大值主要取决于入口压力,增加壁面热通量会缩短局部流体传热系数达到最大值所需的时间;提出的量纲为1传热关联式平均绝对相对误差为6.53%,且预测值落在±25%相对误差范围内的比例为99.42%。该研究成果可为掌握SCV设计方法和高效运行技术提供参考。     

基于熵分析法和(火积)分析法的换热网络适应性比较

熵和(火积)是传热过程不可逆性的度量,可以通过分析不可逆损失来评价换热网络中能量的利用情况。针对换热网络存在不可逆性的问题,首先建立了基于熵分析法和(火积)分析法的换热网络能量利用效率的数学模型,然后以最大能量回收为目标,分别对某炼化企业的单段单程加氢裂化(SSOT)装置进行换热网络分析,比较了两种方法对该装置换热网络优化的适应性,并验证了熵分析法是否适用于分析复杂换热网络。结果表明,分别取最小传热温差?T_(min)=15K、20K、25K,熵分析法计算的热力学第二定律效率依次增大,分别为86.80%、88.59%、90.42%,违背了熵产最小原则。而分析法计算的传递效率依次降低,分别为76.45%、74.86%、73.41%,该趋势与"温差越大,(火积)传递热量的能力越低规律"相一致。最后由该结果说明了(火积)分析法比熵分析法更加适用于分析换热网络的能量利用效率,有利于评价换热网络的节能潜力。     

垂直管内高粘假塑性流体流沸腾传热

用高粘流体了垂直管内流动沸腾传热实验研究，建立了流动沸腾传热给热系数关联式。     

高粘假塑性流体流动沸腾传热研究

用高粘假塑性流体进行了垂直管内流动沸腾传热实验研究，建立了流动沸腾传热给热系数关联式。     

垂直管内不互溶液滴群直接接触汽化传热

在一气升式外循环实验设备中研究了冷剂正戊烷与热流体水在垂直管内直接接触汽化传热过程。根据单液滴不互溶冷剂汽化关联式，推导出多液滴汽化过程中局部和平均体积传热系数表达式，表达式较好地解释了实验结果。讨论了冷剂表观流速、冷剂与热流体间的传热温差对体积传热量ｑｖ和体积传热系数ａｖ的影响；以及冷剂表观流速对冷却温差的影响。     

基于FLUENT软件的T型三通管湍流数值模拟

基于标准κ-ε湍流模型,对三通管内流体交汇处的流动与传热,利用FLUENT软件进行了数值模拟.在该过程中,计算不同的流体参数和管路结构情况下的三通管内流体的速度场、压力场、温度场和湍动能等.计算结果与实际情况相符,得到了有参考价值的结论.     

流体在粗糙管管内及管隙间湍流流动阻力与传热的数据关联

本文分析了流体在规整型粗糙强化管束的管内和管隙间的流动和传热特性,讨论了湍流流体在规整型粗糙壁面上和在光滑壁面上动量与热量传递的差别,推导出光滑管和粗糙管管内及管隙间湍流流动的流体摩擦阻力系数和传热准数方程的关联式,并能较好地关联螺旋槽管、螺旋低翅片管和缩放管管内与管隙间的流体阻力和传热的实验数据.     

内插螺旋线强化糖浆立式降膜蒸发传热

搭建了新型立式单管蒸汽-糖浆降膜蒸发实验平台,进行连续4 h加与不加螺旋线的降膜蒸发运行对比实验,研究管内插入特定结构和工艺参数的螺旋线对变粘性糖浆降膜蒸发传热性能的影响.结果表明,内插螺旋线可明显改善糖浆降膜蒸发传热效果,相同条件下,内插螺旋线时总传热系数比空管提高了25.9%~82.9%,且随时间延长其下降速率明显低于空管;从管内蒸发侧和管外冷凝侧传热角度分析降膜蒸发传热性能,传热温差增大,管内蒸发侧传热性能变好,管外冷凝侧传热性能变差,增大传热温差改变物料物性(粘度减小)可强化传热效果.在非结垢影响的传热时间内,对管内蒸发侧传热系数进行处理,得到了管内综合传热系数与传热温差的实验关联式.     

流动换热强化的能量传递转换机制及其最小熵产原理

在线性非平衡区域,对熵产率方程进行了相位拓展,建立了流动换热熵流变化与体系总熵产之间的关系。结果表明,熵产越小时熵流越大,则换热强度越大。当传热与传质均为自发过程,质量流与热流之间同相位时,两者的相位差越小,流动换热的强度越大,它反映了两个正熵产率过程间能量传递的场协同机制;当传热与传质分别为非自发及自发过程,质量流与热流之间反相位时,两者的相位差越大,流动换热的强度越大,它反映了正熵产率过程与负熵产率过程间能量转换的热力学耦合机制。质量流与热流之间由同相位到反相位,分别对应着场协同时的能量传递机制及热力学耦合时的能量转换机制,共同反映了体系流动换热时能量传递转换的最小熵产原理。     

流动换热强化的能量传递转换机制及其最小熵产原理

在线性非平衡区域,对熵产率方程进行了相位拓展,建立了流动换热熵流变化与体系总熵产之间的关系。结果表明,熵产越小时熵流越大,则换热强度越大。当传热与传质均为自发过程,质量流与热流之间同相位时,两者的相位差越小,流动换热的强度越大,它反映了两个正熵产率过程间能量传递的场协同机制;当传热与传质分别为非自发及自发过程,质量流与热流之间反相位时,两者的相位差越大,流动换热的强度越大,它反映了正熵产率过程与负熵产率过程间能量转换的热力学耦合机制。质量流与热流之间由同相位到反相位,分别对应着场协同时的能量传递机制及热力学耦合时的能量转换机制,共同反映了体系流动换热时能量传递转换的最小熵产原理。     

带有周期性扰流结构的微通道内流动与传热特性

设计了一种周期性扰流微结构,由布置在微通道侧壁的凹穴和微通道中心的针肋组成。研究了该热沉内流动和传热特性,分析了扰流结构几何参数对热沉不可逆损失和散热效率的影响,利用热阻和强化传热因子评价综合性能。研究表明,等腰梯形凹穴的底边相对长度（RL）对热沉性能具有显著影响。雷诺数（Re）较大时,减小RL能够明显减小凹穴内部的旋涡,从而减小流动摩擦损失,降低通道压降和流动不可逆性。同时,减小RL有利于增强流体对凹穴收缩段的冲刷,减小凹穴内的层流滞止区,将凹穴处的热量及时带走,从而提高热沉的散热效率。与传统光滑微通道（SM）相比,周期性扰流结构能够显著减小热沉的总熵产和热阻,增大强化传热因子,提高热沉的综合性能。综合考虑传热和流动阻力,较低泵功条件下,RL=0.3的热沉综合性能最优;较高泵功条件下,RL=0的热沉综合性能最佳。周期性扰流结构能够提高微冷却系统的效率和经济性,在微型器件冷却领域具有广阔的应用前景。     

苏尔士(Sulzer)静态混合器对传热过程的强化

<正> 瑞士苏尔士公司近年来开发的SME型静态混合器能应用于混合、乳化、反应等过程,也能使管内流体的温度梯度减小和强化传热。静态混合器对传热的强化可以应用于气体、粘性液体的给热过程和有大量不凝性气体存在时的冷凝过程。这些过程,不强化时给热系数很低。一、对气体强制对流给热过程的强化用热空气被水冷却的传热过程,测定了苏尔士静     

引入蒸汽对垂直管内降膜蒸发传热及流动的影响

对垂直管内引入饱和蒸汽的湍流降膜蒸发传热及流动进行实验研究。研究结果表明:管内引入饱和蒸汽,可以在不提高液膜传热温差的情况下,提高传热系数12％～25％,降低液膜厚度10％～20％,并得出相应的计算式。     

蒸发式空冷器强化传热性能

蒸发式空冷器是由换热盘管、循环水泵和风机等组成的一个复杂系统,系统内部各部件相互影响,优化组合对强化传热至关重要。实验研究了循环水泵频率、风机频率、管内流体进口温度和热水泵频率等因素对蒸发式空冷器传热性能的影响。结果表明:管内流体进口温度增加时,传热速率和管外联合传热系数均呈现持续增加的趋势;热水泵频率增加时,管外联合传热系数基本没有变化,但传热速率随之增加,增加到一定程度后趋于稳定不变;循环水泵和风机频率的变化对传热性能的影响并非简单的正相关关系,二者存在一个最佳的耦合;当管内流体进口温度为50℃时,实验确定在循环水泵频率为30 Hz,风机频率为45 Hz,热水泵频率为42 Hz时,系统的传热性能达到最优。对管外联合传热系数的研究,简化了工艺计算过程。研究结果为蒸发式空冷器的优化设计,以及节能优化操作提供了一定的依据。     

热管换热器传热性能及温度场数值模拟

引　言热管换热器是工业领域中应用广泛、经济有效的换热设备之一 ,对其传热性能的研究一直是热管界学者普遍关注的课题 .采用传统换热器设计理论即对数平均温差法和有效度 传热单元法对热管换热器进行传热计算已有大量的文献报道[1～ 3] ,但采用数值分析的方法研究热管换热器传热性能还鲜见报道 .在热管换热器中 ,冷、热流体间的热量传递是与热管管内工作介质蒸发和冷凝的相变过程相耦合的 ,因此导致热管换热器的总体性能一方面取决于热管元件本身的性能 ,另一方面又取决于管壳间流体流动和传热的特性 ,这两方面的综合影响决定了热管换热器的数值模拟研究具有相当大的难度 .本文采用数值模拟计算方法重点研究热管换热器的传热性能及其温度场分布 ,为热管换热器内流场分布研究和工程应用提供参考1　数值计算模型的建立1 1　热管换热器传热模型假设热管换热器沿流体流动方向分成N段 ,每一段由一排性能相同的热管组成 .图 1为第j排热管传热计算示意图ig 1　Heartransfermodelofheatpipeheatexchang1 2　模型假设(1)热管换热器处于正常工况条件下2)热管换热器沿流动方向分成N段 ,每一段由一排性能相同的热管...     

面向封头流动不均匀性的板翅式换热器通道布局优化设计

通道布局优化是改善入口流动不均匀性对板翅式换热器传热性能恶化效果的有效手段.建立了基于积分平均温差法的换热器热力学计算模型,提出了基于粒子群算法的考虑封头流动不均匀性的通道布局优化设计方法.结果显示,进入翅片区域的流体质量流量的平均值越低、标准差越高,通道布局优化设计对换热器的热补偿效果越明显.