不连续双斜向内肋强化换热管性能

引言管壳式换热器在石油化工、能源动力、造纸、制药等领域应用十分广泛,换热强化对于其节能降耗具有十分重要的意义.近30年研制开发出几十种强化换热管,例如螺旋槽管、波纹管和翅片管等,并得到了比较成功的应用.但相关的研究多数仍然停留在经验的基础上,即研究者根据其经验设计出某种具体的强化技术,然后通过实验和数值计算归纳出适用于一定范围的经验关联式.因此,传热强化研究目前仍属于技术领域[1],研究人员通常所采用的经验性的研究方法不可避免存在着一定的局限性.过增元等[2]提出了一种新的强化换热理论———对流换热场协同理论,为对…     

交叉缩放椭圆管冷压成形的数值模拟

对新型强化换热管——交叉缩放椭圆管的冷压成形过程进行了有限元数值模拟。计算了成形后交叉缩放椭圆管的残余应力分布并比较了三个典型截面上的残余应力状况。分析了模具过渡段倾斜角对成形的影响。结果表明残余应力最大值出现在换热管过渡段的内壁面;模具过渡段倾斜角较小时将使换热管表面的残余应力显著增大。分析结果有利于加工过程中控制参数的合理选择。综合考虑交叉缩放椭圆管的换热性能和加工后的残余应力状况,给出了模具过渡段倾斜角的参考值。     

加热面朝下的池沸腾汽泡动态行为研究

基于Matlab软件开发了自动识别气液两相流界面程序,程序可获得气液界面变化、汽膜厚度、汽膜脱离周期和汽膜法向速度等特征。利用该程序对沟槽结构加热表面朝下布置时,在不同倾角、不同热流密度下的汽泡动态数据进行了处理和分析。结果表明：加热表面朝下发生核态沸腾时,汽膜厚度随热流密度的增大而增大,汽泡脱离周期随热流密度的增大先减小,而后维持在一稳定值;汽膜脱离周期随倾角的增大而减小,倾角为5°时的汽膜脱离周期稳定在0.27 s左右。当发生沸腾危机时,汽膜厚度迅速减小,这可作为动态监测加热表面沸腾状态的依据。     

一维换热器中温差场均匀性原则的证明

换热器的温差场均匀性原则是一个唯象原理,还没有得到理论上的证明。采用变分方法,用火积耗散极值原理对两股流和三股流一维换热器的传热过程进行了优化,表明不管是给定换热量寻求火积耗散最小,还是给定火积耗散寻求换热量最大,均应使冷热流体的温差场完全均匀,从而初步证明了换热器温差场均匀性原则的正确性。     

应用流场协同理论的多纵向涡强化换热管

应用流场协同理论研发了两种多纵向涡强化换热管———不连续双斜向内肋管和交叉缩放椭圆管,分析了其强化换热的物理机制。数值模拟和实验结果表明,当Re=500-2300 时,与考虑进口段效应的圆形截面管(L D=300)相比,不连续双斜向内肋管的换热增强250%~650%,阻力增加120% 300%;交叉缩放椭圆管Nu 可提高200%~500%,沿程阻力增加100%~350%;当Re=2300~5×104 时,与圆管相比,不连续双斜向内肋管换热可增强110%~240%,阻力增加120%~240%;交叉缩放椭圆管换热可增强35%~170%,阻力增加130%~160%。两种新型强化换热管具有优良的换热性能,可广泛应用于电力、石化、建筑供热等行业。图7参10     

朝下沟槽结构表面池沸腾换热

核电站熔融物堆内滞留技术是一项关键的严重事故应对策略,该策略已被核电站广泛采用。为增强核电站压力容器下封头外表面的沸腾换热能力,实验研究了常压下朝下沟槽结构表面的池沸腾换热,测量了倾角5°、30°、45°、60°和90°下热通量随壁面过热度的变化,获得了相应倾角下的临界热通量（CHF）。与光表面相比,朝下沟槽结构表面的CHF可提高65%～90%。实验观察发现,在高热通量下朝下沟槽结构表面气泡运动形态存在蒸汽膜和波浪蒸汽层两种结构。分析表明,沸腾换热显著增强、临界热通量大幅提高的原因是沟槽结构大幅增加了换热面积同时还明显改善了表面的润湿性。     

螺旋转子的结构参数对管内换热影响的数值研究

管内插入物是一种强化管内换热的有效方法,内插可以旋转的结构在强化换热的同时还具有良好的除垢效果。数值研究了内插螺旋转子的管内流动与换热,发现与光管相比,换热强化30%,而阻力则为光管的6～7倍。数值计算结果表明,叶片与管壁间隙、转子螺旋节距的增加以及转轴半径的减小,可引起转子转速不同程度的减小,从而导致管内Nusselt数和阻力系数的减小。适当增加转子螺旋节距,减小转轴半径及叶片与管壁间隙,可使其强化换热性能更优。     

流延法生产塑料薄膜传热过程数值模拟

对流延法生产塑料薄膜的传热过程进行了数值模拟,得到了流延辊内壁温度分布及塑料薄膜温度随时间变化曲线。在进行流延辊辊体设计时,可以忽略辐射及空气对流的冷却作用而按照稳态问题进行计算;流延法生产塑料薄膜的冷却速率决定于空气夹层厚度及辊面温度,并指出了提高塑料薄膜质量及提高塑料薄膜生产速率的方法。     

新型高粘度齿轮泵的性能试验研究

在性能试验的基础上,建立了计算新型高粘度齿轮泵的极限转速、功率、效率等的经验公式,为该类泵的应用和设计提供依据。     

朝下针翅结构表面稳态临界沸腾换热实验研究

针对商用压水堆核电站堆内熔融物滞留(IVR)策略对提高压力容器外表面沸腾换热临界热流密度(CHF)的迫切需求,本文采用冷喷涂技术在铜基体表面制备了一种由针翅凸起结构与多孔涂层相结合的毫米-微米双尺度结构表面,运用稳态池沸腾实验研究了铜光表面和针翅涂层结构表面在朝下不同倾角下的沸腾换热性能。结果表明：朝下表面的CHF随倾角的增加而增大,与铜光表面相比,针翅涂层结构表面CHF至少提高了63%,具有较好的工程应用前景。