漏流对折流板换热器影响的数值模拟

通过数值模拟方式研究管壳式换热器内板壳和板管之间的间隙对换热器压降和传热造成的影响,建立与试验相同的物理模型,并用CFD软件对该模型进行数值模拟计算,比较模拟结果与试验结果。结果认为,漏流使换热器的整体压降降低,Re=2 000时压降降低了14.78%,Re=16 950时降低了21.89%;漏流还使换热器的传热系数减小,减小程度从20.63%(Re=2 000)增加到26.72%(Re=16 950);密封折流板与换热器壳体之间的间隙可以有效改善换热器的传热性能。     

螺旋肋片自支撑换热器壳程性能数值分析

为了分析螺旋肋片强化换热器壳程传热机理，用FLUENT软件分别建立了套管换热器和管束换热器的三维模型，模拟得到了壳程的传热和压降性能。数值结果表明，螺旋肋片强化传热的主要机理是螺旋肋片引起的螺旋流动使流体流速提高并产生二次流，减薄了速度边界层，促进了主流流体和边界层流体的掺混；换热管之间螺旋流动的相互影响进一步提高了换热器的传热系数；螺旋肋片的螺旋角和流体雷诺数对壳程努塞尔数和压降产生显著影响，应将螺旋角和雷诺数限制在一定的范围内。数值模拟结果与试验数据吻合较好。     

含旋流片缩放管内流动与传热数值模拟

在缩放管内间隔插入多个旋流片的通道中,流体流动呈现周期性自旋流.用数值模拟方法对含旋流片缩放管内旋流片间距对空气湍流流动和传热的影响进行了分析,得到了管内流场和温度场以及传热膜系数、单位长度压降与雷诺数的关系,以获得较佳的复合传热性能.     

螺旋隔板换热器壳侧传热与流阻性能研究

螺旋隔板是强化管壳式换热器壳侧传热十分有效的壳程结构型式。以现场的压缩空气为工质 ,分别对花瓣状翅片管 (以下简称为 PF管 )与低肋管在螺旋隔板支承下的传热与流阻性能进行实验研究。结果表明 ,花瓣状翅片管比低肋管具有更优越的传热性能 ,在同等的 Re下 ,PF管螺旋隔板换热器的壳侧传热系数比低肋管螺旋隔板换热器高出 40 %～ 60 % ,而且其压力损失比低肋管低 30 %～ 40 %。此外还与光滑管螺旋隔板和弓形隔板换热器进行对比     

轴流式双壳程缩放管管壳式换热器的工业试验

对栅形网板支承的双面强化传热缩放管束在轴流式双壳程结构管壳式换热器中的液－液传热强化及流阻性能做了工业试验,流体介质为三甲苯工作流及水,试验结果表明,与传统单弓形折流隔板支承光滑传热管的管壳式换热器相比,总传热系数提高63％,壳程压降可减少18％。     

换热器板管间隙对流动与传热的影响研究

折流板换热器中,由板壳间隙引起的漏流和由板管间隙引起的漏流均不利于壳程侧的传热。为此,通过数值模拟,以GB151—1999推荐尺寸为基准,对管壳式折流板换热器壳程内板管间隙对压降、传热系数以及综合性能的影响进行了研究与分析。计算中采用标准κ-ε方程,SIMPLE算法,压力方程为标准格式。分析结果表明,当换热器壳程流体流量较小,板管间隙在小于等于国家一级管束基准间隙时,可以取得较好的传热效果,但较小的间隙使得压降增大,综合性能指标较差;当换热器壳程流体流量较大时,可以在充分考虑制造安装精度的前提下,适当减小板管间隙,以取得较好的传热效果。     

单弓形折流板管桥开孔数量与布局

试验表明,在单弓形折流板适当部位的管桥上开适当数量的孔,可提高管壳式换热器的传热量并降低壳程压降。采用优化开孔方案,换热器传热量可增加3.16%~3.93%,壳程压降降低19.43%~21.65%,壳程综合性能指标0α/Δp提高20.96%~25.00%。     

斜针翅管套管换热器壳程传热与压降的数值模拟

以水-柴油换热为对象,对直针翅管和斜针翅管套管换热器的壳程传热与压降性能进行了实验研究与数值模拟。采用Fluent软件模拟了柴油在直针翅管和斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的流场、温度场以及传热与压降性能。结果表明,在相同流动条件下,直针翅管与光管套管换热器的总传热系数K的比值模拟值与实验值吻合较好。同时分析了斜针翅管纵向流流动特性,压降低于直针翅管换热器,强化传热为光管的1.5～2倍,并设计应用于炼油换热器中。     

组合式及多壳程管壳式换热器

技术简介：空心环管壳式换热器是由华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室开发的新型壳程强化传热技术,主要用于硫酸、石化及空压机制造行业。该换热器是一种采用空心环支撑双面强化传热管（缩放管、双面整体形翅片管等）管束的强化传热型管壳式换热器,其特点是流体阻力低,传热性能好,特别适用于大流量、低压降的气—气或气～液换热。与传统的单弓折流板管壳式换热器相比,在同等条件下,总传热系数可提高80％～100％,换热面积可减少35％~40％,压降可降低30％~40％。     

扁管管束结构优化实验研究

对 4种不同结构的扁管管束与圆管管束作了传热与流阻性能对比实验研究 ,得到了综合性能最佳的扁管管束结构形式。结果表明 ,在进口体积流量相同的条件下 ,相对于设有折流板圆管管束换热器 ,综合性能最佳的扁管换热器管程传热系数提高约 5 0 % ,传热与流阻综合性能指标提高约 2 0 % ;壳程传热系数提高 6 8%～ 10 0 % ,压降降低 70 %～ 12 0 % ,传热与流阻综合性能指标提高至少 2 0 0 %。     

内插旋流片的缩放管内糖液自然对流的传热研究

The natural convection heat transfer of a 60% sucrose solution in a vertical converging-diverging tube （CD） withregularly-spaced twisted tapes （RSTT） has been investigated numerically and experimentally. The effects of wall temperatureand number of RSTT on the Nusselt number were studied in detail. The distributions of velocity and temperature inthe 60% sucrose solution were studied and the simulated results of CD with RSTT were compared with those of the smoothtube. The influence of Rayleigh number and RSTT on the Nusselt number was conducted experimentally. The results indicatethat the Nusselt number of the 60% sucrose solution obviously increased with the number of RSTT but increased inconspicuouslywith 2 and more twisted tapes. The simulation shows that the distance for achieving an optimal heat transferperformance is 46 times the diameter of the tube. The mechanism of the natural convection heat transfer enhancement of the60% sucrose solution in relationship with the CD and the RSTT was analyzed, and the change of average tangential velocitywith the axial distance was presented to demonstrate that the enhancement of heat transfer was realized mainly because of the increase in tangential velocity.     

波纹管与缩放管传热性能比较及场协同分析

利用FLUENT软件对波纹管、缩放管和光管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明波纹管有较好的综合强化传热性能。应用场协同理论分析了波纹管、缩放管强化传热机理,发现在波纹管波峰下游处,温度梯度和速度场之间的夹角变小,纵向速度场和温度梯度场更加均匀,协同程度最好,从而强化传热。通过实验验证了数值模拟的可行性。     

夹套间缩放管传热性能研究及场协同分析

利用FLUENT软件对光管和缩放管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明:缩放管有较好的综合强化传热性能;还应用场协同理论分析了缩放管强化传热机理,发现缩放管由于收缩的变化导致空气流经凹槽前后时其速度场和温度梯度场之间的夹角较小而产生较好的协同作用,从而强化传热。最后,通过实验验证了数值模拟的可行性。     

管束排列及管间距对换热器传热性能的影响

通过改变圆形翅片管换热器管束排列及管间距的传热性能实验,得到雷诺数(Re)、纵向管间距(S_l)及管束排列方式对圆形翅片管换热器传热性能的影响,再利用数值模拟方法分析这3个因素影响的原因。结果表明,圆形翅片管换热器的努赛尔数(Nu)及阻力系数(f)均随Re的增加而增加,且增加趋势逐渐下降。增大S_l可提高顺排圆形翅片管换热器的传热性能,但是提高幅度随S_l的增加而减小,在S_l为110 mm时换热效果最好;增大S_l反而会降低叉排圆形翅片管换热器的传热性能,其换热效果在S_l为66 mm时最好。相对于顺排方式,叉排圆形翅片管换热器的换热效果更好。速度场与温度场间的协同角度大小、回流区面积及尾流涡尺度大小与换热器传热性能的提高有关,可以从这3个方面进行分析,以寻找改善换热器结构的途径。     

斜针翅管强化传热管的数值模拟

采用Fluent软件,以水和柴油为换热对象,利用三维模型对柴油在3种不同规格的直针翅管、30°和45°的斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的温度场、压降及传热性能进行了模拟;并将斜针翅管与光滑管和直针翅管的结果进行比较。模拟结果表明,壳程为柴油时,针翅管的压降为光滑管的1～3倍,总传热系数约是光滑管的1.7～2.7倍;与直针翅管相比,斜针翅管的总传热系数提高约20%;斜针翅能使传热膜的系数增大,压降降低。     

气体缩放管传热优化及其肋高确定

对光滑圆管与粗糙管内的湍流流动及传热边界层进行了分析,通过实验比较了三种不同肋高（1.1,1.25,1.6mm）的气体缩放管的热阻力性能以及传热综合因子随雷诺数（Re）的变化关系.结果表明,在气体换热的场合下,在直径为44mm的缩放管中,肋高为1.25mm时,粗糙高度与流动过渡区的厚度相当,可获得缩放管的最佳综合传热性能,其传热性能与肋高为1.6mm的缩放管相当,而阻力与肋高为1.1mm的缩放管相比升幅不大;肋高为1.1mm的缩放管未能对边界层造成充分扰动,强化传热性能不佳;肋高为1.6mm的缩放管对湍流主区产生了扰动,阻力升幅过大.     

缩放管传热系数的预测

通过引入无因次温度分布式 ,求解缩放管内任一截面的传热斯坦顿数 ,并以此为基础导出了缩放管整体传热准数预测公式。根据相似律又可得传质斯坦顿数的预测公式 ,并把所得结果与文献 [2 ]提供的实验数据进行了对比 ,相对误差小于 7%。     

无折流板扭曲扁管热交换器传热与流阻特性试验研究

某无折流板热交换器的换热管采用扭曲扁管,其扭曲扁管截面短长轴比bi／ai=0．6,扭曲比S／de=13．22、扭矩S=230mm。以水为介质,对此无折流板热交换器管、壳程传热和流阻性能进行试验研究,并与光管热交换器进行比较。结果表明,随着雷诺数的增大,扭曲扁管管程传热系数比同型号光管提高32．18％,管程压降也迅速增加;壳程传热系数有所下降,压降也明显降低。     

新型螺旋折流板热交换器壳程传热性能数值模拟

通过Fluent数值模拟,比较了2种螺旋折流板热交换器的传热和流动性能,着重对比了不同流速下,新型螺旋折流板热交换器和传统螺旋折流板热交换器的性能参数及特征。结果发现,新型螺旋折流板热交换器的传热性能优于传统的螺旋折流板热交换器,在模拟范围内,随着流速的增加,传热优势最高可达10％,表现出较好的传热效果,但同时压降增大,需要引起注意。     

杆式防冲结构对管壳式热交换器性能的影响

传统防冲结构--防冲板因其结构简单、适用性强等优点应用非常广泛,但是防冲板的引入也带来了热交换器壳程压降增高以及热交换器综合性能系数降低等问题,通过对防冲结构进行改进以提高热交换器综合性能,减少其能耗损失具有重要意义。采用美国HEI设计中提到的防冲杆作为防冲结构,通过建立相应的物理模型,分别对加装防冲板和防冲杆作为防冲结构的管壳式热交换器进行数值模拟,比较2种不同防冲结构对壳程流场的影响。研究结果表明,在所研究的进口流速范围内,管壳式热交换器防冲杆结构相比于防冲板结构,壳程平均传热系数仅降低0.9%,壳程压降平均降低20.48%,综合性能系数提升23.35%。