轴流型管壳式换热器壳程入口段传热与流阻研究

报道轴流型管壳式换热器在壳程入口段的传热与流阻实验研究结果，包括入口段的流体阻力系数与传热膜系数分布。并对入口段与管束中间段的传热与流阻性能对比做了分析。     

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。     

Pilot experimental study on shell and tube heat exchangers with small-angles helical baffles

In this paper, the experimental comparisons of shell side thermodynamic and hydraulics performance are made among three helical baffles heat exchangers and one segmental baffles heat exchanger. The experiment scale is larger than the previous experimental setup as the diameter of test heat exchangers are 500 mm and the effective tube length are 6 m; the experiment mainly focuses on the small helical angle scheme as the helical angle ranges from 7° to 25°. Among all the four heat exchangers, both the shell side heat transfer rate and the shell side pressure drop peak when helical angle equals 7°, and the shell side heat transfer rate per unit pressure drop at this angle is the smallest. This phenomenon could be easily illustrated as the concept ‘fluid-flow distance’ is presented. At last, the correlations for the shell side Nusselt number and friction factor are presented as a reference.     

波纹管换热器的应用与研究

介绍了波纹管换热器强化传热机制及其应用与研究现状，建议在氯碱行业推广。     

翅片结构对双向开缝翅片管换热器性能的影响

为了获得翅片结构对双向开缝翅片管换热器传热与阻力性能的影响规律,对不同翅片间距P_f和开缝高度S_h的双向开缝翅片管换热器进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了模化试验验证。结果表明：当R_e<7200时,增大P_f会提高双向开缝翅片管换热器的传热与阻力性能;当R_e>7200时,减小P_f会提高其传热性能,降低其阻力性能;随着S_h的增加,双向开缝翅片管换热器的传热性能先降低后提高,阻力性能先提高后降低;对于不同翅片结构的5种双向开缝翅片管换热器,P_f越大,综合流动传热性能越高,但实际换热面积会减小,需综合考虑;在R_e=2734~6712范围内数值模拟与试验结果吻合较好,数值模拟能较准确地反映双向开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。研究成果可为双向开缝翅片管换热器的结构与性能优化提供依据。     

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。     

考虑管壳式换热器传热强化的换热网络综合研究进展

换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好的经济效果。本文首先通过文献检索数据说明了在换热网络改造和设计中考虑传热强化技术的研究在近5年得到了研究者的关注。然后概述了管壳式换热器传热强化的基本原理及主要方式,分析了传热强化技术的应用对换热器传热性能的影响,系统总结了管壳式换热器传热强化技术的分类和强化效果。进一步从设计和改造两个方面,对换热网络优化中考虑管壳式换热器传热强化的应用研究进行了综述,展示了传热强化对换热网络设计和改造的效果和优势。最后对下一步的研究进行了展望,指出可进一步探究换热器传热强化设备几何尺寸和换热网络同步优化、传热强化和换热器详细设计同步优化等。     

换热器自转螺旋扭带自动阻垢技术应用研究

以内置自转塑料螺旋扭带换热器为研究对象,对换热管中有、无自转扭带时污垢的粘附速率、换热器的动态污垢热阻、管壁的磨腐速率进行了工业应用对比试验研究。研究结果表明:自转清洗扭带的防垢、除垢、清洗效果显著,扭带管的污垢平均粘附速率是普通光管的54%;动态污垢热阻比光管下降了30%;塑料扭带对管壁的磨损微乎其微。为自转螺旋塑料扭带的工业应用推广提供了依据。     

Transient behaviour of shell and tube heat exchangers

Based on the dispersion model rather than on the conventional pluf-flow model, a method of predicting the transient behaviour of parallel and counterflow heat exchangers is developed, whereby the effects of shell-side flow maldistribution and the finite heat capacities of both fluids, tube bundle and shell are considered. The final solution has been obtained by numerical inversion of the Laplace transform, to determine the transient responses to arbitrary inlet temperature variations. The experiment was carried out in a one pass tube heat exchanger. The comparison between therotical and experimental results is presented and the feasibility of this method is discussed.     

Design of multiple shell and tube heat exchangers in series: E shell and F shell

Multiple shell and tube heat exchangers in the series are employed to handle the temperature cross in the chemical process industries. Depending on the degree of temperature cross, certain number of heat exchangers (either E or F shell type) need to be connected in series such that the temperature cross in each exchanger is within allowable limit. Determination of the number of exchangers for the given terminal temperatures is essential during heat exchanger design phase. In this paper, using finite difference calculus, modeling has been done to calculate the number of shells required for both E and F shell cases. In addition, equations are developed to determine hot and cold fluid temperature profiles across all heat exchangers. Design procedure is illustrated with the help of a case study and the capital cost of both cases is compared. Issues related to E shell and F shells are also discussed.     

管壳式换热器的研究进展与方向

从管程强化和壳程强化两方面论述了管壳式换热器强化传热技术的机理,指出了管壳式换热器今后发展中的主要方向;同时对换热器的防腐措施以及改进动向作了介绍。     

Modeling multistream heat exchangers with and without phase changes for simultaneous optimization and heat integration

A new equation‐oriented process model for multistream heat exchangers (MHEX) is presented with a special emphasis on handling phase changes. The model internally uses the pinch concept to ensure the minimum driving force criteria. Streams capable of phase change are split into substreams corresponding to each of the phases. A novel disjunctive representation is proposed that identifies the phases traversed by a stream during heat exchange and assigns appropriate heat loads and temperatures for heat integration. The disjunctive model can be reformulated to avoid Boolean (or integer) variables using inner minimization and complementarity constraints. The model is suitable for optimization studies, particularly when the phases of the streams at the entry and exit of the MHEX are not known a priori. The capability of the model is illustrated using two case studies based on cryogenic applications. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2012     

波纹管热器及其在氨冷凝系统中的应用

介绍了波纹管换热器的强化传热机理及传热元件的轧制工艺,并与光管换热器的换热性能进行了比较,及在氨冷凝系统中的应用情况。     

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。     

基于Aspen EDR的管壳式换热器的设计

管壳式换热器作为一种高效换热装置在石化领域得到广泛应用,但传统计算方法非常复杂,因此软件设计已逐步代替传统手算方法成为工程设计人员的主要设计手段。本文通过对含氢气、一氧化碳、氮气等气体的合成气冷却器进行设计,探讨了管壳式换热器的选型原则,介绍了Aspen EDR设计软件使用要点,详细阐述了Aspen EDR软件设计和校核管壳式换热器的步骤,着重介绍了气体冷却器设计过程中换热器的参数选取及要点,并对设计过程中碰到的问题及调整优化方法进行了简单介绍。设计结果表明,Aspen EDR软件设计的结果不仅能达到工艺要求,而且计算过程快捷明了,极大简化了手工计算的过程,提高了设计效率。     

运行工况对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响

为了明确运行工况对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响,开展了丙烷介质在壳侧的流动沸腾换热实验研究。干度0.2～1.0,热通量4～10 kW·m^-2,质流密度40～80 kg·（m²·s）^-1。实验结果表明：随着干度增加,传热系数先增大再减小,在干度0.8～0.9工况下达到最大值;随着热通量增大,传热系数在干度小于0.8的工况下逐渐增大,但是在干度大于0.8的工况下却逐渐减小;随着质流密度的增加,传热系数在低热通量工况下呈增加趋势,而在高热通量工况下呈现出非单调变化。     

基于知识及遗传退火混合算法的翅片管换热器管路优化方法

通过在现有方法中引入专业知识及模拟退火算法;提出了一种基于知识及遗传退火混合算法的换热器管路连接优化方法。以一个实际翅片管换热器为例;在满足实际制造工艺的约束条件下;以换热器换热能力最大为优化目标对提出的方法进行了验证。结果表明;基于知识及遗传退火混合算法得到的最优管路连接中;各支路均匀交叉分布于空气流中;且所含换热管数目相等;避免了流体在不同支路之间换热不平衡的问题;优化后得到换热器的换热能力比优化前提高22％;比单纯基于遗传算法的优化方法得到换热器的换热能力提高10.3％。     

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数（攻角,数目,摆放位置）进行了优化。结果表明：纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。     

一种回转窑余热回收用集热器的实验研究及其结构优化

减少回转窑表面的散热损失对冶金、化工等高耗能行业的节能减排具有重要意义。针对现有窑表面集热器回收效率较低的现状,提出了一种新型集热器,并通过实验测量与数值计算分析了其换热性能。建立了集热器换热量与管长、管径及管子数等结构参数的数学关系,分别以换热面积、进出口压降以及改进的熵产数为优化目标,利用遗传算法分别对其进行了结构设计,结果表明,优化后集热器的辐射换热所需的换热面积减小15%,对流换热所需的换热面积减少20%左右。优化后两种形式的换热面所消耗的泵功明显减少。优化后集热器的传热熵产数与优化前无明显变化,而流动熵产数得到明显降低。