制冷空调用换热器研究进展

为实现制冷空调行业的节能减排目标,研究具有轻量化、小型化和高效化的制冷空调用换热器至关重要。本文主要介绍强化换热技术在制冷空调用换热器中的应用,包括风冷式换热器、水冷式换热器和蒸发式冷凝器,以及适应低制冷剂充注量、低GWP工质的紧凑型高效换热器的研发进展,为换热器的优化设计提供借鉴。

保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响

钛合金板翅式换热器成品率较低、残余应力较大,该文针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展热-固耦合建模与仿真研究,阐述了钎焊过程温度均匀性及残余应力分布特征,探明保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响机理.结果表明,板翅结构两侧温度较高,中部温度较低,延长保温时间可有效改善板翅结构的温度均匀性.残余应力均主要集中于翅片上表面与隔板背侧中部,在钎缝及夹持点处存在明显的应力集中现象,保温时间越长翅片钎缝的残余应力越小.模拟得到钛合金板翅式换热器真空钎焊中残余应力与试验结果相吻合,相对误差为5.3%,验证了该模型的准确性.

基于p阶线性模型的地埋管换热器流体温度分布研究

利用自主研发的分层热响应测试系统,获取沿深度方向上(竖向)管内流体温度实测数据,对比p阶线性分布模型计算结果和实测数据,研究两种典型工况条件下分层岩土介质中管内流体竖向分布规律和最佳p值。结果表明:恒热流工况时,p=-5阶线性分布模型能够准确预测管内流体温度分布;恒温工况时,最佳p值随流量的变化而变化,其关系为:|p|=7.361ln V+6.684。

带消声功能的潜艇换热器声学性能仿真

针对潜艇消声问题,提出一种带消声功能的换热器,开展环状橡胶气囊结构消声性能研究。建立仿真模型和进行传递损失计算,证明有囊式消声器的消声效果。利用控制变量法定量改变设计参数,分别研究气腔长度、穿孔直径和穿孔率对气囊消声效果的影响规律,为潜艇换热器的流动噪声控制提供有力支撑。

不同流程平行流换热器换热性能分析

采用3个不同流程布置的微通道换热器进行循环水冷散热实验,研究不同流程及风速布置下的微通道换热器的换热性能。换热器的水冷介质为乙二醇溶液,具有凝固点低、比热高的特点,能够满足不同地区室外环境温度需求。结果显示:不同流程布置对微通道换热器的换热量和压降有影响,随着流程数的增加,换热器的换热量和压降都随之增加,4流程换热器比1流程换热器换热量最多增加了11.1%,增长速率随着风速和流量的升高逐渐减小;而4流程换热器比1流程换热器的压降最多增大了150%,增长幅度随着流量的增加而增加。

金属丝网强化余热回收烟气换热器的试验与数值研究

为探究金属丝网强化元件在余热回收烟气换热器中的应用可行性及其性能表现,对嵌有金属丝网的通道的流动与换热性能开展试验与数值研究。对嵌入不同孔隙率金属丝网的通道进行了试验研究,基于FLUENT软件进行了模拟计算和流场分析,并分析了丝网高度对流动和传热性能的影响。结果表明,相比于传统平直翅片,嵌入金属丝网后通道综合性能指标最大提高58%。综合性能随孔隙率的提高先增后减,0.945为最佳孔隙率。同时,使用高度与流道高度一致的金属丝网,可以获得最佳综合性能。在相同压力损失下,金属丝网通过均匀流体温度、破坏边界层可以比平直翅片通过增加传热面积获得更好的综合性能,证明了金属丝网作为烟气换热器强化元件的可行性。

气相旋转螺旋槽管式换热器结构优化与性能试验

粮食干燥生产中换热损失大,存在烟气热量无法高效传递,导致换热效率低等问题。本文以集管壳与列管式换热于一体的气相旋转螺旋槽管式换热器为研究对象,基于场协同与热力学理论优化螺旋槽管关键部件,探究螺旋槽管参数对换热性能的影响。以螺距、槽深及内外径比为试验因素,以努塞尔数和阻力系数为评价指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,采用多目标优化方法确定最优参数组合,当螺距为24.845 mm、槽深为1.753 mm、内外径比为0.897时,Nu为164.637,f为0.348。对优化结果进行验证试验,试验结果与优化结果基本一致。螺旋槽管平均场协同角β相较于圆管降低约2°,揭示了置于壳程内的螺旋槽管管束进口、出口及中间截面内场协同角的分布特征,整体范围内的场协同效果有所增加,结论符合场协同原理。利用强化换热综合性能指数(Performance evaluation criteria,PEC)进行评价,结果表明气相旋转螺旋槽管式换热器PEC在1.031~1.267之间,验证了螺旋槽管在换热器应用的合理性。

圆管和扁形管的绕管式换热器壳侧流体降膜流动特性

为探究异型管绕管式换热器壳侧流体降膜流动和分布特性,建立了绕管式换热器三维物理模型,并基于流体体积(VOF)法多相流模型进行了数值模拟,对比分析了圆管和扁形管的管外流体降膜流动特性。结果表明:圆管和扁形管的管外轴向降膜流动分布均呈现“波谷-波峰-波谷”形状;扁形管的管外流体降膜流动速度明显大于圆管;圆管的管外液膜最薄处为圆周角120°处,扁形管的管外液膜最薄处在90°~120°之间;随着管间距的增加,圆管和扁形管的管外液膜平均厚度均呈下降趋势,扁形管周向液膜平均厚度比等周长圆管小10%~29%;随着缠绕角的增加,扁形管的管周向液膜平均厚度比等周长圆管小4%~28%。因此,推荐使用扁形管替代圆管作为绕管式换热器的缠绕管。

考虑物性变化及壳体传热的新型板壳式换热器板程流动传热数值模拟

板壳式换热器以优越的换热性能和耐温耐压性在化工生产等领域有着广阔的应用前景。本文采用可实现k⁃ε湍流模型结合增强壁面函数,对一种新型板壳式换热器板程流动与传热特性进行数值模拟研究,讨论了介质物性变化及壳体传热的影响,并与已有实验进行验证。重点分析了不同波纹高度在不同入口流速下的流动传热特性,基于场协同理论揭示了速度场与温度场及压强场协同分布规律。结果表明:流动传热计算不能忽略流体介质物性变化及壳体传热的影响;增大波纹高度流态由曲折流向十字交叉流转变,板间流体分布趋于均匀,换热性能增大;沿沟槽形成连续的涡结构,在触点周围形成具有周期性和中心对称的高剪切涡量集中区,垂直于流动方向场协同呈现周期性变化,波纹高度越高周期性越明显;在波纹核心流域内因流动与热流相似,其协同程度变差。

低阻叉流板式换热器传热性能与热阻靶向调控研究

用于烟气余热回收的板式换热器存在温度分布不均的问题。为改善烟气温度分布均匀性,有效遏制换热器腐蚀,本文通过实验测试对比碳钢与铸铁材质低阻叉流板式换热器性能差异,运用数值仿真预测局部流动传热特性并开展热阻分析,采用局部热阻调控方法设计了非均匀翅片结构。实验结果表明,在450℃高温时碳钢与铸铁材质的叉流板式换热器总传热系数分别达到32.5 W/(m^(2)·K)与25.1 W/(m^(2)·K)。通过数值仿真研究发现,叉流传热方式导致烟气侧沿程截面温度分布极不均匀,在热侧出口与冷侧入口交叉区、热侧出口与冷侧出口交叉区的热阻大,极易导致局部烟气温度低于露点温度。基于热阻分析法开发非均匀翅片结构,实施局部热阻靶向调控,最终实现维持阻力几乎不变情况下,使出口截面平均温度方差由6.9℃降至1.1℃,换热器内流体温度分布均匀性得到显著提升。

双管程换热器与单管程换热器流动与传热机理对比研究

对于单管程管壳式换热器的研究已经非常深入,但对于三种双管程管壳式换热器内部流动和传热机理的研究文献较少,本文建立了单管程换热器、固定管板式双管程换热器、U型管式双管程换热器、浮头式双管程换热器数值计算模型,通过获得的速度场、温度场等参数分析其壳程和管程流动与传热特性的异同。研究结果表明,双管程换热器强化传热根本机理是管程同等质量流量下,双管程换热器管程流速和流程相较于单管换热器皆提升一倍。单管程换热器和固定管板式双管程换热器不适用于温差较大的场合,U型管式双管程换热器和浮头式双管程换热器的管束一端可自由伸缩,适用于大温差场合。三种双管程换热器的壳程h/Δp远大于单管程换热器,管程h/Δp远小于单管程换热器。本研究可为热力系统中双管程换热器的使用和应用提供理论参考。

旋流强化换热器传热与流阻分析

为了研究管程旋流强化中换热器的性能,设计了一种适合气体流动的旋流元件安装于换热器的管程换热管入口处。通过RNG k-ε模型进行了数值研究,对不同参数旋流结构和换热器入口流量为30~50 m3/h的条件进行研究,并模拟结果进行换热器的设计和实验系统的搭建。结果表明:加入旋流元件可以使流动趋于均匀进入各换热管,旋流元件对换热管近壁面处速度提升明显,总体传热系数提高了76.1%~135.9%,压降增加约5.7%~19.5%,旋流元件的加入使得换热器以较小的压力损失的情况下获得较高的换热系数。对其螺旋角度(14°、18°、26°)、长度(32 mm、48 mm、64 mm)以及叶片宽度(8 mm、10 mm、12 mm)进行分析,得到α=18°,L=48 mm,W=10 mm时,换热器效果为最佳。

换热器用无缝钛管失效分析

该文通过采用宏观检测、显微组织分析、扫描电镜分析、能谱分析等方法对流动介质为氯化物溶液的换热器用无缝钛管进行失效分析,发现流动介质为氯化物溶液的换热器中无缝钛管主要是通过以下2种方式发生腐蚀失效的,一种是Fe+离子存在于钛管材表面会在钛管材表面形成点腐蚀,通过点腐蚀的方式使钛管发生腐蚀失效;另一种是当换热器的管板和管材形成一定缝隙时会发生间隙腐蚀,间隙腐蚀发生时钛管会伴随有吸氢反应和自催化作用,最终导致管材产生腐蚀孔洞而失效。同时笔者建议在制作内部流动氯化物溶液的换热器时不易将不锈钢管板和钛管组合使用,并且管板与管材之间的间隙大于0.5 mm以免在使用过程中发生点腐蚀和间隙腐蚀导致换热器泄漏。

同轴套管换热器井下换热性能实验研究

本文介绍了一种适用于中深层地热井的同轴套管式换热器技术,可以做到传热不传质,取热不取水,在最大限度利用深层地热的同时,不消耗深层地下水。通过实际测试单井取热量可达到118 W/m,具有取热量大、后期运行费用低等优点。实际工程应用显示,利用“地热+”模式可以有效解决因地热井关停带来的诸多问题。利用关停的中深层地热井,只取热而不抽取地下水,有效避免中深层地热井闲置造成的资金浪费,同时可为用户提供高效清洁的能源供给。

贫/富甲醇换热器壳程通道堵塞的原因及处理

某公司低温甲醇洗装置在生产运行期间,出现贫/富甲醇换热器壳程富硫甲醇循环量下降、管程贫硫甲醇温度升高、再吸收塔下塔积液、热再生塔液位偏低和尾气中携带甲醇等异常工况,伴随工况恶化,净化气中二氧化碳含量和硫化物含量经常超标。为此,制定并实施了一系列在线维护方案。装置开车后富硫甲醇循环量恢复正常,装置负荷由停车前的65.0%提升至76.5%。

重油加氢螺纹锁紧环换热器应用及运维策略

高压换热器是重油加氢裂化装置的核心设备之一,以螺纹锁紧环高压换热器应用最广。直径在φ1 600 mm以上者即为大口径高压换热器,该类换热器在国内部分炼油装置中出现过内漏情况。发生原因主要为内件和壳体膨胀差不同导致的,需要通过升级垫片和做好检修控制保证高压螺纹锁紧环换热器不发生内漏。

换热器管口的单目视觉识别定位及清洗路径规划

为实现换热器管口的自动清洗,使用单目摄像头结合深度学习目标检测算法对换热器管口进行导航,主要包括管口识别、管口定位和路径规划。首先,管口识别采用基于深度学习的YOLOv3算法,并且从主干网络、边界框维度聚类、网络结构等方面进行改进以适用于实际应用需求;然后将识别得到的管口像素坐标根据单目视觉的成像原理转换为实际坐标;最后,规划一条‘己’字形的清洗路径。实验结果表明,该视觉导航系统的识别准确率为99.85%,召回率为100%,定位误差为1.35mm,整个流程耗时0.18s,达到准确性和实时性的要求。

基于Aspen EDR的管壳式换热器工艺选型设计教学实践

管壳式换热器工艺选型设计是化工过程中设备设计的重要环节之一。为了避免手工计算中繁琐的计算和复杂的校核问题,以无相变的乙醇冷却器为例,探讨Aspen EDR软件在管壳式换热器工艺选型设计中的实践应用。通过Aspen EDR软件的教学示范,激发学生学习积极性和主动性,提升学生运用理论知识分析和解决复杂化学工程问题的能力,强化专业软件应用能力。

超高层建筑中板式换热器的性能分析

超高层建筑中板式换热器既用于冬季也用于夏季,对两种工况进行对比分析,通过采集工程实际数据进行计算,拟合努塞尔准则关联式和欧拉准则关联式,并计算综合性能因子,然后将换热器在冬夏两个季节的参数进行对比分析。结果显示:该换热器在冬季的换热性能明显优于夏季,换热系数相差125.08%。努塞尔数一次侧相差89.08%,二次侧相差89.18%;雷诺数一次侧相差730.30%,二次侧相差788.57%;综合性能评价指标一次侧相差201.91%,二次侧相差283.41%。

导流型高温板式换热器的流动与传热特性分析

以一种用于固体氧化物燃料电池(SOFC)热电联产的高温板式换热器为研究对象,通过数值模拟的方法,对其传热特性和阻力性能进行分析,探究波纹倾角的变化对高温板式换热器冷侧流道的流体流动、传热特性的影响,并搭建了粒子图像测速(PIV)实验平台,对其流场分布和流速进行试验,验证了数值模拟结果的正确性和可行性;采用单位压降的换热系数评价换热器的综合性能。结果表明,PIV试验与数值模拟得到的冷侧流道速度矢量分布大致相同,模拟结果与试验结果相比误差在10%以内;当β=70°时,换热器的压降损失最大,当β=30°时,换热器的压降损失较小且换热能力最强。在研究范围内,不同β下的综合性能随着Re的增加而减小,当β=10°时整体的综合性能最好,β=80°时最差,研究结果可为板式换热器工业设计选择提供参考。