换热器结构优化与换热性能评价指标研究

某运载器中冷却器存在若干问题:壳侧压力损失较大;采用的弓形折流板结构使得壳侧工质呈现出Z字形流动,在折流板后易形成流动死区,促使壳侧结垢,使得换热器总传热性能降低。提出了两种针对壳侧结构的强化换热设计方案。方案一为减少弓形折流板数量、增加折流板间距;方案二为采用螺旋折流板替换原有的弓形折流板。为验证文中采用的热力设计方法的准确性,根据文献中的实验结果针对弓形折流板和螺旋折流板管壳式换热器热力设计方法进行了验证,结果表明文中采用的热力设计方法得到的计算数据与实验结果的偏差在37%以内,满足工程设计需求。优化方案根据优化参数不同,其优化结果有所不同,基本存在以下规律:优化设计可使换热器管壳两侧总压降减小,但同时其换热性能也下降。因此,需要一个综合指标来进行评价。文中提出以换热量Q与换热器流动阻力引起功耗的比值作为综合性能评价指标。该指标表示换热系统克服换热器流动阻力消耗单位泵功下的换热量,其值越大,单位泵功下换热量越高,经济性越好。经过计算发现最优方案相对原始方案,综合评价指标提高了约22.2%。

丁胞与翼形肋片相结合的印刷电路板式换热器流动与换热特性的研究

本文针对太阳能热电站中超临界二氧化碳(S-CO_2)布雷顿动力循环的关键换热设备,提出了一种基于丁胞强化技术的新型非连续翼型肋片印刷电路板式换热器(PCHE)。首先,构建并验证了PCHE典型流道的三维流动换热数值计算模型,研究了丁胞数量和布置方式对流动与换热特性的影响规律,并获得了该新型PCHE的最佳几何结构;然后,对比分析了最佳结构与无丁胞原始结构的综合性能。结果表明,当单元体积内丁胞数量为2个且丁胞与肋片错列布置时,该新型PCHE的综合性能最佳;在所研究的雷诺数范围内,相比于无丁胞的非连续翼型肋片PCHE,新型PCHE的综合性能可提升3.5%～8.7%。可见,本文提出的新型PCHE结构可有效提高S-CO_2换热器综合性能,并可为太阳能热电站中S-CO_2换热设备的开发与应用提供参考。

熔盐在复杂换热结构内的对流换热特性实验研究及进展

揭示熔盐在复杂换热结构内的对流换热规律,实现系统的高效换热是发展下一代先进核能发电技术和高温光热发电技术要解决的关键问题之一.本文首先回顾了熔盐对流换热实验的研究历程,总结发现其经历了从光滑管到强化管、从管内到换热器壳侧的发展过程;同时指出研究熔盐在换热器壳侧复杂结构内的换热规律是今后一项十分重要的工作.接着,系统介绍了作者团队近年来对熔盐在普通的管壳式换热器、大小孔折流板换热器、弓形折流板换热器、折流杆换热器的壳侧,以及印刷电路板换热器翼型肋片侧5种复杂结构内的对流换热规律的实验研究工作;总结了上述研究中获得的熔盐在5种复杂结构内的对流换热实验关联式,同时给出了关联式具体的参数适用范围.这些实验关联式具有形式简单、精度较高等特点,可以满足工程需求.最后,对上述复杂结构中的熔盐换热性能进行了对比分析.结果表明,4种管壳式换热器壳侧的换热能力为大小孔折流板换热器>折流杆换热器>弓形折流板换热器>普通的管壳式换热器;此外,还发现翼型印刷电路板换热器的单位体积换热量远大于4种管壳式换热器.最后,探讨了复杂换热结构内的熔盐对流换热方面需要进一步探究的内容.