开缝翅片换热器三维流动传热特性数值研究

建立了开缝翅片换热器三维流动传热物理模型和数学模型,针对不同开缝位置的换热单元进行数值计算。并应用场协同理论分析了不同入口速度对换热特性的影响。研究表明：对翅片进行开缝能够有效提高翅片管的换热性能、强化传热,且下游开缝比上游开缝换热效果好,全部开缝换热效果最好。随着入口速度的增大4种翅片换热量明显增强,增加入口流速也可提高换热效率,但压力损失较大。计算结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

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。     

单相自然循环回路的强化对流传热特性

通过实验对比分析了带有单相自然循环回路元件的铜板与光滑铜板相隔冷热空气逆流换热的换热效果。 结果表明,相同泵耗功情况下,加装单相自然循环回路元件的换热板的换热量是光滑铜板的1.1~1.3倍。在此基础上,本文通过数值模拟进一步对比分析了加装单相自然循环回路元件与相同形状、尺寸的铜翅片换热效果,针对影响自然循环回路传热性能的主要因素,如循环回路高度、横向与轴向倾斜角度、冷热源温差等,进行了数值模拟研究。结果表明：只有当温差超过等效温差点后,自然循环回路元件的换热效果才强于相同形状和尺寸的铜翅片;随着几何尺寸减少以及倾斜角度的增加,自然循环元件与铜翅片的等效温差点随之升高。     

不同结构型式纵翅片管综合换热性能的数值模拟

在能源日益匮乏的今天,对低温热能的回收也逐渐成为热点.纵翅片换热器作为中低温烟气余热回收设备的核心部件,其中的平板式纵翅片管能有效解决翅片积灰、结垢问题,但却存在换热能力不理想而使得使用受到限制.本工作对传统平板纵翅片管进行结构改进,强化管外翅片与管外流体的换热效果,并分别采用j/f、j/f^1/2和j/f^1/3作为综合性能评价指标,分析研究4种不同结构型式纵翅片管的综合换热性能.结果表明:百叶窗式纵翅片管的换热性能要比普通平板式纵翅片管高90%以上,然而压降也是最大.通过评价指标可以看到在相同压降和相同泵功条件下,百叶窗式翅片管的综合性能要优于其他.通过实验研究,得到的测试结果与模拟结果相符,相对误差的平均值约为15%.研究成果为纵翅片结构优化提供了理论基础.     

双开缝翅片空气侧换热和流动特性的数值模拟

利用数值耦合传热计算方法研究了四排管双开缝翅片管式换热器的传热特性和阻力特性,获得翅片附近空气的速度场和温度场,分析了开缝对翅片管换热器换热性能的影响。并针对翅片间距和开缝高度对翅片管换热性能的影响进行了数值模拟分析,得到了开缝高度和翅片间距针对换热系数的最佳组合。     

带亲水层条缝型翅片管换热器析湿工况空气侧换热与压降特性

对带亲水层条缝型翅片管换热器在析湿工况下的空气侧特性进行了实验研究.分析了翅片间距、管排数和入口相对湿度对空气侧换热及压降特性的影响.研究结果表明,当雷诺数较低时,翅片间距对空气侧换热特性的影响很小,当雷诺数大于1600时,空气侧换热特性随着翅片间距的增大而逐渐减小.翅片间距对空气侧压降特性的影响则同干工况相似.管排数对空气侧换热特性的影响非常明显,但对空气侧压降特性的影响则不明显.空气侧的换热性能随着入口空气相对湿度的增大稍微有所增强,而压降特性则几乎不受入口相对湿度的影响.开发了析湿工况下带亲水层条缝型翅片管换热器空气侧换热因子j和摩擦因子f 的关联式.平均误差分别为9.6%和7.8%,在±15%误差范围内分别能涵盖82.1%和89.3%实验数据.     

凸出式溢流管对旋流器分离效率的数值模拟

应用Fluent软件对不同角度的凸出式溢流管进行了数值模拟,得到了不同入口速度下的压降和分离效率。结果表明,与直筒式溢流管相比,凸出式溢流管并没有提高旋流器的分离效率,凸出式溢流管角度越大,旋流器分离效率越小。     

变截面百叶窗翅片的数值模拟与结构优化

为改善平行流换热器空气侧的换热性能,提出一种新型变截面百叶窗翅片。采用计算流体力学(CFD)对其流动和换热特性进行研究,探讨曲率数R~*、百叶窗角度θ、百叶窗间距LP等参数对其内部的流动与传热特性的影响,并以综合性能因子JF最大为目标进行结构参数优化。结果表明:与传统的矩形翅片相比,该新型变截面百叶窗翅片的传热因子j提高了7.3%,阻力因子f增加了2.6%,综合性能因子JF提高了7.65%,整体性能优于传统矩形翅片换热器;当R~*=0.51、θ=27°、L_p=1.1 mm时综合性能因子JF最大。     

平直开缝翅片和波纹翅片管换热器换热特性的数值模拟

采用FLUENT数值模拟方法,研究了平直翅片、平直开缝翅片、正弦波纹翅片和均匀倾角波纹翅片4种形式的翅片管换热器的空气侧流动和传热特性。分析出2种不同的波纹形式以及翅片开缝对翅片管换热器换热特性的影响。改变进口风速,在不同雷诺数的工况下,得到4种换热器的换热量Q、努塞尔数Nu、压降△P以及阻力因子f等与进口风速u和雷诺数Re的关系。结果表明进口风速增大,雷诺数增加,可显著提高换热器换热量,然而同样带来更多的阻力损失。翅片开缝对传热能力有明显的提升作用,波纹翅片在提高换热效率的同时阻力损失增加较小。     

翅片管式换热器管外流体流动的三维数值模拟和实验

对翅片管式换热器管外不可压缩流体流动情况进行了三维数值模拟,分析了顺排和叉排两种管排方式、管排数、不同翅片间距对流体流动的影响,得出了圆管表面压力系数随排数变化的特性曲线和摩擦系数随雷诺数变化的特性曲线,不同翅片间距下进出口压降与入口风速的关系模拟结果与实验数据相符较好,验证了模型的准确性。     

间断环面槽肋片管束的传热和流动阻力

应用热 -质比拟技术 ,对间断环面槽肋片管束进行了传质与流动阻力实验 ,根据热 -质比拟关系得出传热结果 .分析了该种换热芯子在不同板间距时的传热与阻力特性 .与光板肋片管换热芯子比较 ,该种换热元件的传热与阻力都有很大提高 ,而阻力增加幅度更大 .实验结果为运用单位选用肋片管式换热器提供了依据 .     

H型翅片管湿烟气对流冷凝传热的数值模拟研究

通过数值计算对湿工况下的H型和圆型翅片管换热器通道内充分发展段的对流冷凝传热特性进行模拟研究。计算采用压力与速度耦合的SIMPLER算法,湿烟气流速范围为1~5 m/s,水蒸气质量分数范围为5%~13%。讨论了不同入口速度、水蒸气质量分数对H型翅片管和圆型翅片管传热传质系数、传热量、冷凝水流量和翅片效率的影响,并进行定量比较分析。计算结果表明,H型翅片管的传热能力强于圆型翅片管,但冷凝生成量较圆型翅片管小,同时H型翅片管的总翅片效率和潜热翅片效率小于圆型翅片管。     

新型纵向流一体式翅片管换热性能数值模拟

为达到提高壳侧传热系数的同时又具有较低的压力损失的目的,提出了新型纵向流一体式翅片管。针对翅片与管壁夹角的变化影响传热效率的问题,根据有无翅片、翅片夹角的不同、翅片种类的不同,利用计算流体力学(CFD)软件建立了7种周期性单元流道,并对壳侧流场和传热场进行了三维数值模拟,分析了不同流速的介质在流道中的扰动、压降及温度变化。模拟结果表明,在所有的翅片管中翅片夹角为105°翅片管的换热系数最高,翅片夹角为105°翅片管换热系数约为光管的1.4—1.6倍,压降仅为横向掠过的圆形翅片管的0.018—0.15倍。翅片夹角为105°时,翅片管综合性能较优,对烟气换热器应用提出了数值保障。     

锯齿翅片的传热与阻力性能试验

在风洞试验台上对16种不同结构参数的板翅换热器中使用锯齿翅片进行了传热和流动阻力性能试验,分析比较了翅片间距和翅片长度对其表面对流传热系数和空气阻力性能的影响。同时通过对16种翅片的244个试验数据点进行多元回归和F显著性检验,获得了j因子和f因子的经验关联式。在Re=500～7500范围内,经验关联式的最大误差范围为±10%,绝对平均偏差分别为4.2%和5.3%。     

三种内翅片管管内流动与换热特性

在恒热流边界条件下,对以空气为工质的分别带有3种不同纵向内翅片换热管的流动与换热特性进行了实验研究,实验管带有堵塞芯管.3种不同的纵向内翅片为：平直翅片、带有突起的翅片以及波纹形翅片.得出了所测参数范围内的换热与阻力的实验关系式.采用两种不同的标准对所测3根换热管的综合换热性能进行了评价,结果表明,带有波纹形内翅片的换热管在两种评价标准下均表现出了优异的综合换热性能.     

花瓣状翅片管气体换热器(二)——横向与纵向冲刷花瓣状翅片管的强化传热性能比较

以空气为介质，以纵向流动方式冲刷光滑管与花瓣状翅片管进行管壳式换热器壳程的传热强化与流阻性能实验研究。实验结果表明，与文（一）的横向冲刷情况相比，在相同功耗下，Ｒｅ＝２×１０４时，按实际换热面积计算，横向冲刷花瓣状翅片管比光滑管提高给热系数１３５．８％，纵向冲刷花瓣管仅与光滑管的给热系数相当。文中通过设计实例的比较得到横向冲刷是花瓣管空冷器设计方案的较佳选择。     

管壳式换热器壳程高黏度流体的传热强化

传统的管壳式高黏度流体换热器采用光滑管设计制造,其壳程传热及流动效能低,壳程传热阻力占总热阻的80％以上,且流动阻力损失较大,提高壳程流体的传热膜系数和降低流动阻力是提高高黏度流体换热器效能的技术关键．