板棒式换热器设计理论的探讨

简单介绍了强化传热技术的发展和板棒式换热器的结构和传热原理，对主要传热元件－圆柱肋棒的传热效率做了理论分析，研究了在传热效率恒定的条件下，肋棒的长径比与传热操作条件间的相互关系，同时以单位质量材耗的换热能力最大为目标函数，分析研究了在不同雷诺数Re的操作条件下肋棒长度L，直径d与板厚δ之间的关系，并给出了板棒式换热器的优化设计数据。     

国外新型换热器介绍

介绍了国外近年来推出的各种新型高效换热器 ,如螺旋折流板换热器、麻花扁管换热器、大面积焊接板壳式换热器、单排翅片管空气冷凝器、绕丝花环插入物换热器及碳化硅管换热器等。简述了新型换热器的性能与构造特点。阐述了强化传热元件的开发与应用     

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对各种强化壳程传热的传热管换热器、纵向流、螺旋流、射流换热器的结构特点、强化传热机理及其研究现状进行了详细的分析与总结,并提出了管壳式换热器壳侧强化传热技术的发展方向。     

折面螺旋折流板换热器的流动传热性能

针对现有平面螺旋折流板换热器的相邻折流板与壳体间存在的三角漏流区,提出了一种折面螺旋折流板换热器。基于实验研究分析了折面螺旋折流板换热器的螺旋角和搭接度对流动传热性能的影响,并拟合了壳程对流传热和阻力系数的实验关联式。结果表明,当壳程体积流量相同时,随着螺旋角的减小,折面螺旋折流板换热器的壳程总压降增加,壳程管束压降增加,壳程膜传热系数提升,综合性能增强;相同壳程体积流量下,随着搭接度的增加,壳程总压降也增加,壳程膜传热系数增加,综合性能提高。实验研究表明螺旋角18°、搭接度50%的折面螺旋折流板换热器流动传热性能最佳。将折面螺旋折流板换热器的螺旋角和搭接度作为修正因子拟合到了实验关联式中,对比发现实验值与Nu实验关联式计算值的平均相对误差为1.13%,与f实验关联式的平均相对误差为6.84%,说明了拟合的正确性和可靠性。研究结果为折面螺旋折流板换热器的设计提供了理论指导。     

经孔板形成旋转流的管壳式换热器壳程传热及流阻的研究

对螺旋折流孔板管壳式换热器壳程的传热与流体阻力做了研究 ,给出换热器壳程传热与流阻的计算关联式 ,并采用实验模型对换热器壳程流体旋转流的阻力系数与传热管的局部传热系数做了测试 ,且对光滑和菱形翅片两种管型作了对比     

折流板抗振型换热器流体动力学及传热特性研究

对折流板抗振型换热器流体动力学及传热特性进行理论分析和实验研究,得出了此类换热器压力降及传热性能的预测方法。指出此类换热器既保持了横流式换热器对操作工况适应性强的优点,又解决了横流式换热器存在的管子发生流体诱导振动的问题。     

板壳式势虹吸再沸器的传热性能研究

本文对板壳式换热器的换热元件内的流动沸腾传热进行了实验研究，在热虹吸流程的实验装置中流量了充动沸腾传热系数。     

花格板换热器的流动与传热

花格板换热器作为一种新型的管壳式换热器,其流动和传热机理研究目前尚未有较深入的研究。通过CFD技术,对花格板换热器的流动和传热性能进行了研究,并将结果与传统的弓形折流板换热器进行了比较,结果表明,在相同的Reynolds数下,花格板换热器的压降仅为折流板换热器的0.45倍左右,而两者的传热系数相差不大,因而花格板换热器的综合性能参数约为折流板换热器的2.2倍左右。     

板壳式热虹吸再沸器的传热性能研究

本文对板壳式换热器的换热元件（矩形窄缝流进）内的流动沸腾传热进行了实验研究。在热虹吸流程的实验装置中测量了流动沸腾传热系数。与传统的管壳式热虹吸再沸器相比，传热系数明显提高。传热恶化点的干度较大，便于设计成高效的热虹吸再沸器。     

单弓折流板管壳式换热器壳程局部传热及流阻研究

对半圆形单弓折流板管壳式换热器壳侧局部传热性能、局部流速及阻力进行了实验研究,测量结果表明,其壳侧局部传热膜系数的变化规律与相应点速率变化规律相一致。所取24个测量位置点分布较为合理,基本上反映了换热器局部相应换热及流场分布规律。同时归纳出换热器壳侧的平均努塞尔准数Nu与雷诺准数Re的关联式及流动阻力系数f与雷诺准数Re的关联式,为换热器的实际运用提供了参考依据。     

换热网络的热流均匀性因子

提出并建立了能够评价换热网络换热效能的热流均匀性因子,在两个条件下对该因子进行验证和分析。首先,在相同结构上保持换热器单元总面积之和不变的条件下模拟计算,考察热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系,并与温差均匀性因子进行比较;其次,在改变换热网络结构的条件下优化计算,考察各优化结构的热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系。通过两个具体的换热网络实例验证该因子,结果表明：热流均匀性因子越小则对应的换热网络总体换热效能越好。由此说明本研究建立的换热网络的热流均匀性因子能够从总体上反应换热网络的换热效能,能够作为其换热效能的一种新的评价指标,并能为换热网络的综合及优化提供新的思路。     

管壳式换热器流体流动与耦合传热的数值模拟

结合化工行业中使用的某型号管壳式换热器的结构图和工艺参数,对换热器的结构进行了合理的简化,利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型。在ANSYS FLUENT14.0数值模拟软件中对换热器的流体流动以及耦合传热进行了数值模拟,得到管程和壳程流体的流速分布、压降情况、温度场变化的细节信息。该工作对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

逆向传热

对换热器设计中经常遇到,同时又易于忽略的温度交叉和逆向传热进行了深入的探讨并指出其弊病。通过换热器的严格法计算机模拟,对某烃-水换热器,完成规定的热负荷;若采用单台换热器,存在6.5℃的温度交叉,需面积229m2,若采用2台串联,既避免了逆向传热,面积还降低到78m2。通过对于最常用的3类换热器分析得到以下结论:由于存在逆向传热的风险以及对数平均温差校正因子过低,单壳程、双管程换热器不允许存在温度交叉;而对于单壳程、单管程和双壳程、双管程2类换热器,允许存在温度交叉,且无逆向传热之虞。最后指出了解决逆向传热的方法。     

细小槽道换热器内相变微胶囊悬浮液对流传热DPM模拟

基于离散相模型,采用颗粒比热容随温度变化分段函数描述颗粒的相变过程,模拟了相变微胶囊悬浮液在细小槽道换热器内的对流传热特性,考察了不同入口流量时换热器进出口压差及温差的变化规律,并与纯水进行比较,分析了换热器内部及加热面温度分布,研究了换热器典型通道修正的局部努赛尔数Nux*沿流动方向的变化规律. 结果表明,相变微胶囊悬浮液在换热器内的压损随流量变化规律与纯水一致,较纯水有所增大;引入相变微胶囊颗粒减缓了加热面和流体温度升高的速率,使换热器出口及加热面的温度比纯水低;受进出口位置影响,换热器内温度呈现中间通道低、向两侧逐渐升高的分布规律. 不同通道的Nux*沿流动方向的变化规律存在一定差异,部分通道内相变材料完全融化,而部分通道内相变材料尚未完全融化就流出换热器. 需改进换热器进出口位置或对换热器内部结构进行优化设计以获得较好的流量分配特性,从而改善换热效果.     

螺旋扭曲扁管换热器传热与流阻性能试验研究

对4种不同结构的螺旋扭曲扁管换热器的管程和壳程传热与流阻性能进行了试验研究,并和采用圆管作为换热管的弓形折流板换热器进行了比较,根据试验数据回归出反映螺旋扭曲扁管换热器管程和壳程传热与流阻特性的关联式。研究结果表明,螺旋扭曲扁管换热器管程与壳程都有较好的强化传热性能,螺旋扭曲扁管的几何尺寸和流体Re对其管、壳程传热与流阻性能有重要影响。     

板翅换热器导流结构非线性映射与性能多目标优化

板翅式换热器入口位置纵向方向上的流体分布不均匀问题影响不同层之间流体传热。目前已有的导流结构采用试验方式确定部分参数,缺乏对导流结构参数优化。本文提出板翅换热器导流结构多目标优化分析方法,分别考虑导流结构中孔径、孔数、流体流速、板翅式换热器入口直径、导流结构在换热器入口处的位置、孔的间距等影响换热器入口处流体均匀分布的因素,构建导流结构压强与单位时间换热量的多目标优化数学模型。采用正交试验方法选择不同参数组合建立仿真试验模型,根据试验结果推导导流结构非线性映射方程,以BP神经网络与遗传算法相结合的方式对导流结构尺寸进行优化分析,得到导流结构多目标优化结果。采用Fluent数值模拟板翅式换热器导流结构参数优化前后流体均匀分布情况,通过对比无导流结构板翅换热器可以看出,对导流结构进行优化可以明显改善流体在换热器各层流道中的流动均匀性,提高换热量,强化换热器的传热性能。     

Intensification of heat transfer process: Improvement of shell-and-tube heat exchanger performances by means of ultrasound

Heat transfer in the presence of a low-frequency ultrasonic field has been investigated. Experiments were performed using a home-made shell-and-tube heat exchanger. The aim of this study was to investigate the effect of ultrasound on heat exchange performed by this new type of “vibrating” heat exchanger named sonoexchanger. Comparison was then made between overall heat transfer coefficients with and without ultrasound for the same hydrodynamic configurations. It was shown that under ultrasonic conditions, the overall heat transfer coefficient can be increased from 123 to 257%.     

三角形布管方式下2种换热器的场协同分析

基于采用周期性全截面计算模型得到的帘式折流片换热器和折流板换热器壳程流体流动和传热数值计算结果,应用场协同原理对二者传热性能进行了分析。分析了帘式折流片换热器在壳程不同位置处的速度和湍流度,以及场协同角和对流传热系数,并与折流板换热器相同位置处的情况进行了对比。由于折流板壳程流体为横向流动,而帘式折流片壳程总体上是纵向流动,故折流板换热器的平均流速和湍动度稍高于帘式折流片换热器,平均流速为帘式折流片换热器的1.15倍,其湍动程度为帘式折流片换热器的1.4倍;折流板换热器2条验证线上的场协同角的平均值均小于帘式折流片换热器。研究结果为管壳式换热器结构改进和性能提升提供了参考依据,同时帘式折流片换热器的这种结构特点对于节能降耗的研究也具有重要意义。     

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。     

管壳式换热器强化传热研究进展

管壳式换热器作为工程中应用广泛的换热器,具有结构坚固、适应性强、能够利用和回收热能等优点。在追求高能源利用效率的背景下,换热器的强化传热得到广泛关注。本文重点阐述了管壳式换热器的强化传热相关研究进展,包括换热器本身几何结构的优化、换热流体的热物性改善以及多种强化传热技术结合的复合强化传热方法。其中几何结构优化主要包括改变换热管管型、增加管内插入物以及壳程中的隔板优化研究等。换热流体热物性改善包括纳米流体提高热导率、潜热型热流体提高比热容等。复合强化传热是将多种强化方法结合,可弥补单一方法的不足,以获得更高强化传热效果。最后指出管壳式换热器强化传热未来的研究方向在于持续开发强化传热管、制备稳定的纳米流体及潜热型流体以及多种强化方式复合提高强化效果。