强制对流下翅片管蒸发器表面结霜实验

翅片管蒸发器表面结霜是阻碍制冷系统高效运行的主要不利因素之一。利用恒温恒湿箱搭建强制对流下蒸发器翅片管表面结霜可视化实验平台,在环境温度0~8℃、相对湿度55%~75%及迎面风速0.8~2.4 m/s时,实时记录霜层动态生长过程,研究了环境温度、相对湿度和迎面风速对霜层生长特性及蒸发器换热性能的影响规律。结果表明:环境温度和迎面风速是影响蒸发器结霜的主要因素,结霜50 min,环境温度为0℃的霜层厚度比环境温度为8℃的提高了12.78%,迎面风速为2.4 m/s的霜层厚度比迎面风速为0.8 m/s的提高了14.66%,结霜量与换热量提高趋势相同。在结霜初期,相对湿度越大,换热量越大;结霜后期,相对湿度越小,换热量越大,并得到了换热量关于环境参数与时间的相关关系。

基于响应面法的矿用翅片管空冷器参数优化

矿用空冷器是矿井降温系统常用的末端设备,优化矿用空冷器换热性能对提升矿井降温系统能效具有重要意义。采用Fluent建立了平直翅片管矿用空冷器模型,研究了翅片间距、翅片厚度、横向管间距和纵向管间距对传热因子、阻力因子和综合性能评价指标的影响规律;采用Box-Behnken响应面法,分析了双参数协同作用下传热因子、阻力因子和综合性能评价指标变化规律。结果表明:随着翅片间距、横向管间距的减小,以及翅片厚度增加,传热因子、阻力因子和综合性能评价指标逐渐增加;综合性能评价指标则随纵向管间距的增加而先增加后降低;横向管间距、翅片厚度是影响空冷器传热及流动性能最显著的两个参数,而翅片间距、纵向管间距的影响最小;得到了平直翅片管矿用空冷器的最优参数,传热因子提升16.3%、阻力因子增加26.3%、综合性能评价指标提升8.3%。研究结果可为矿用翅片空冷器设计参数优化提供指导。

振动作用下平直翅片管结霜初期微液滴运动过程数值模拟

平直翅片管换热器在低温高湿环境中工作极易发生结霜现象,造成能耗增加、故障率升高,而对结霜初期的微液滴施加振动作用可以加速微液滴的滑落过程从而达到抑制结霜的效果。对结霜前期微液滴的生长过程进行数值模拟分析,并通过文献值验证了数值模拟的可靠性,然后利用不同时刻的微液滴数据,通过数值模拟的方式,研究不同振动频率作用下微液滴的运动特性,最后搭建试验平台进行验证。研究结果发现,不同体积的微液滴对应的最优振动频率有所不同,当微液滴体积较小时,较高的振动频率使微液滴在基管壁面来回振荡,不易滑落,当微液滴体积较大时,较高的振动频率有利于微液滴克服壁面摩擦力,有利于液滴滑落。

矩形翅片管糖醇相变储热器传热性能分析

对糖醇基矩形翅片管相变储热器传热性能进行数值模拟与实验研究,利用数值模型研究传热流体入口温度、流量以及储热器翅片间距、管间距等参数对充放热性能的影响。研究表明:从运行参数看,由于相变材料导热系数的影响,翅片强化区外流体入口温度与材料相变温度的温差对充放热速率呈正相关;在管内湍流条件下,管内流速在高于0.53 m/s时,不能显著提升储热器的充放热速率;从结构参数看,增加翅片可显著提升翅片区内充放热速率,翅片间距小于10 mm和管间距小于52.5 mm对充放热速率影响不明显。

翅片管蒸发器传热性能的参数灵敏度分析

采用Sobol´全局灵敏度分析方法,计算出了各个影响参数对传热系数的一阶灵敏度和总灵敏度,探索和分析了单个及多个波纹翅片管参数对波纹翅片管蒸发器传热系数影响的程度和规律,并构建了传热系数与各个参数之间关系的响应面。结果:从灵敏度数值及响应面的分析皆显示:翅片间距对传热系数的影响最大,翅片厚度的影响次之,质量流量与工资热流密度对传热系数的影响相差不大,但大于管外径的影响;且翅片间距与其余各个因素之间的交互影响在一定范围内极其剧烈,其中翅片间距与翅片厚度之间的交互影响最大,又以质量流率与工质侧热流密度之间的交互影响次之;再者,垂直于风速方向的管间距与平行于风速方向的管间距的灵敏度数值皆为0,说明两者对传热系数的影响可以忽略不计。

水平微肋管内R513A冷凝换热特性研究

采用实验方法研究了R513A在光管和不同齿密度微肋管内的冷凝换热性能,并通过对比冷凝换热系数实验值与关联式的预测值,探究了现有关联式对R513A的适用性,实验在冷凝温度33、35、38℃,质量流速50~150 kg/(m^(2)·s)的工况范围内进行。实验结果表明:冷凝换热系数随质量流速的增大而增大,在低质量流速区域,微肋管的冷凝换热系数增长幅度更大;随着齿密度的增加,管内换热面积增大,但管内表面张力作用增强,相应的流动阻力增强,强化传热作用被削弱;与R134a相比,微肋管对R513A的强化传热效果更优;对于光管,Bashar关联式的预测效果最佳,Cavallini关联式与Dobson关联式在低质量流速区域的预测误差偏大;对于微肋管,Yu关联式的预测效果最理想,Cavallini关联式与Kedzierski关联式均低估了管内冷凝换热特性。以Kedzierski关联式为基础,拟合了新的修正关联式,修正关联式的预测值与实验值的一致性较好,其平均绝对误差与标准差分别为7.8%、8.5%。

房间空调器小管径室外换热器流路优化

随着空调器的快速发展和国际铜价的持续升高,制冷空调行业采用的换热器在向着小体积、低成本发展的过程中往往面临着性能衰减的技术瓶颈。为突破此瓶颈,以一款冷暖型房间空调器翅片管式室外换热器为研究对象,将其换热管外径由7 mm减小至5 mm并在此基础上优化其流路,最终实现Φ5 mm换热器性能达到初始样机水平并有效降低换热器成本。首先,分别在5种标准工况下测试初始样机性能;然后,利用CoilDesigner软件来分析小管径化对换热器性能的影响,仿真结果表明,在不改变流路布置的情况下,Φ5 mm换热器的换热能力略有提升,但制冷剂侧压降增大4~7倍;进一步地,有针对性地设计了5种流路布置方案来探究分路数、分路汇合位置等因素对换热器传热及压降特性的影响规律,总结了小管径翅片管式换热器流路优化的思路,并设计了3种Φ5 mm管径室外换热器流路优化方案。仿真评估3种方案的可行性后制作样机进行性能测试,实验结果表明:方案(3)性能与原换热器相当,同时其材料成本可降低34.6%。

鱼鳍型涡发生器强化管翅式换热器传热

提出了一种鱼鳍型涡发生器,并将其应用在管翅式换热器中强化传热。采用数值模拟方法研究了鱼鳍型涡发生器安装方式对换热器中流体流动和传热的影响,分析了流体流经涡发生器前后的压力变化。结果表明:涡发生器以common-flow-up方式安装在圆管下游时传热j因子提高了46.6%,摩擦因子提高了24.4%,与以common-flow-down方式安装于圆管上游相比,圆管后方的负压区更小,流动阻力更小,冷热流体的混合效果更好,因而具有更好的强化传热效果。

多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。

燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉尾部受热面锈蚀对烟道阻力的影响

在某燃气 蒸汽联合循环机组长期停机备用期间,针对其余热锅炉尾部受热面开齿螺旋鳍片管锈蚀导致烟气流动阻力升高,影响燃气轮机带负荷的问题,通过现场数据监测、数值模拟及小型试验台试验,研究鳍片管表面锈蚀状态对流动阻力特性的影响。结果表明:余热锅炉尾部模块5、模块6的阻力上升明显;鳍片管背风侧的锈蚀堆积不会导致流动阻力的上升,两侧锈蚀厚度增加是流动阻力上升的主要原因;鳍片管除锈后鳍片减薄,流通截面积增大,阻力特性优于新鳍片管。

某高压空冷器翅片管的泄漏原因

某化工企业加氢裂化装置的高压空冷器中部翅片管发生介质泄漏,通过宏微观形貌观察、微观形貌观察、能谱分析和化学成分分析等对泄漏原因进行了分析。结果表明:翅片管内壁受含有硫氢化铵的碱式酸性水腐蚀,形成了含铁的氧化物和硫化物垢物;结垢物堆积引起局部流场和流速发生变化,且管内介质呈气液两相状态,加剧了结垢物分布不均,引发严重的垢下腐蚀,管壁局部腐蚀减薄并最终导致穿孔。建议定期检查空冷器注水量、水质以及是否有偏流现象,控制介质流速,化验分析硫氢化铵质量分数或计算Kp系数,预防事故再次发生。

间接空冷翅片管束临界防冻特性及防冻裕量研究

间接空冷翅片管束目前缺乏全面的冬季防冻运行参数。为此,首先凝练了管束防冻模型,包括热平衡方程、水侧和空气侧输运准则方程、防冻约束条件;其次依托典型顺逆流式空冷翅片管束,分析了2类管束临界防冻特性和防冻裕量;最后探究了中间型、左侧型、侧面型进水方式管束的临界值特点。结果表明:环境温度和入口水温降低、风速增加,管束防冻流量增加,且入口水温越低,风速影响更突出;逆流式管束防冻性能劣于顺流式管束,随风速增加或入口水温降低,二者差异扩大;入口水温抬升对防冻裕量影响分为3个梯次,为显著增加区间(0℃, 10℃]、变化缓慢区间(10℃, 20℃]、基本不变区间(20℃, 40℃],不可一直增加入口水温来防冻;中间型管束防冻性能优于左侧型和侧面型,空冷燃煤火电或核电机组应优先选用。研究结果可为我国空冷机组冬季防冻运行提供指导。

椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器传热传质性能及实验研究

介绍了一种椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器,通过搭建的蒸发式冷凝器性能测试实验系统,研究该蒸发式冷凝器在不同循环水配比、不同地区环境以及“风冷”“水冷”“蒸发冷凝”和“全工况”4种不同运行模式下的传热传质性能与运行特性的变化规律。结果表明:在相同条件下“全工况”模式的热流密度高于“风冷”和“蒸发冷凝”两种模式,而“水冷”模式由于其传热面积远小于其它模式,所以其热流密度最高;“全工况”模式在保持配风量及循环水总量一定的条件下,热流密度随循环水配比的增大而先增大后减小,喷淋水与冷却水的流量最佳配比为2∶5;“全工况”模式在严寒干燥地区、寒冷地区以及夏热冬暖地区的总热流密度分别为5879.64、3964.28及2933.05 W/m^(2),因此不同地区环境运行的传热性能相差较大,该冷凝器“全工况”模式在空气干燥的地区,喷淋冷却水温度范围为13~18℃运行时传热性能较优。在相同的条件下,“蒸发冷凝”模式的水膜传质系数高于“全工况”模式,且两者均随喷淋密度的增大先增大后减小。

管壳式换热器换热管强化传热研究

研究了油库夏季高温导致的油气回收工艺中吸附罐回收率低、吸收塔解吸效率低、油气回收系统能耗过高以及安全隐患较多等问题。将温度较低的地下水作为冷却水,从实践的角度构建多种强化传热结构的管壳式换热器并采用CFD的方法对其热力学与水力学性能进行多方面探究。结果表明当油气在管壳式换热器壳程中流动时,热流可以获得更好的冷却效果;油气在壳程流动时,CIRF型换热管具有最佳的热力学性能,RAW型换热管具有最佳的水力学性能。综合油气回收工况与计算结果配置CIRF型换热管的管壳式换热器在油气回收工艺中有着较强的适用性,其可以在有效提高油气的冷却效果的同时兼顾换热器的水力学性能。

椭圆翅片管的流动传热特性及积灰磨损规律研究

利用Fluent有限元模拟软件对分离式热管蒸发端翅片管束的流动传热以及积灰冲蚀特性进行数值仿真。分析结果显示:换热量和进出口压降随烟气进口速度的增大而增大,随管间距的增大而减小;管壁和翅片处的烟尘颗粒沉积率以及平均冲蚀率随烟气进口速度的增加而上升,随管间距的增加而下降。探究分离式热管换热器蒸发端烟气的流动传热特性及积灰磨损情况,为提高分离式热管换热器性能以及提升锅炉系统整体效能提供充分的理论指导。

翅片管换热器内烟气对流换热模拟研究

以螺旋翅片管式换热器为研究对象,选取烟气进出口压降表征换热器流动阻力的大小、努塞尔数(Nu)表征换热器对流换热的强弱,利用Fluent软件模拟分析不同烟气流速下翅片结构参数对换热器流动阻力和换热效果的影响,并引入性能因子综合评价翅片结构参数对换热器换热性能的影响。结果表明:烟气流速一定时,翅片高度增加、厚度加厚和间距缩短均会使换热器进出口压降和Nu增加,在增大换热器流动阻力的同时,换热效果得到增强;翅片结构参数和性能因子的变化规律与Nu相反,选取高度较低、厚度较薄、间距较稀疏的翅片参数时换热器的综合性能更好;此外,与结构参数不同,烟气流速加快时Nu和性能因子均增大,能提升翅片管换热器的综合换热性能。

大功率离心式压缩机后空冷器喷雾降温数值模拟与性能提升

川渝地区骨干管网部分压缩机后空冷器在夏季高温环境中使用时出现了风扇直接降温效果不达标的情况,为此,研究了增加喷雾降温系统辅助后空冷器进行加速散热的方法进行辅助降温。采用ANSYSWorkbench软件构建后空冷器翅片管束的仿真模型,模拟了不同喷雾降温工况中翅片管束的流场变化,基于数值模拟分析结果,提出了后空冷器喷雾降温系统自动化控制方法。研究结果表明:喷雾量会直接影响后空冷器翅片管管壁换热系数及管内天然气冷却效果,可通过调节喷雾量的大小来控制出口处天然气温度;喷雾液滴直径越小,蒸发吸热效果越好,但会增加设备投资成本;增加喷雾降温装置后的翅片管束散热效果能够满足夏季天然气外输要求;采用喷雾降温系统自动控制方案能够优化设备运行过程,实现节能降耗。

锥形内翅片管传热性能数值模拟研究

针对传统内螺纹翅片管的翅片高度较低,对热边界层的扰动较弱,传热性能不高等问题,基于计算流体力学理论,利用Fluent仿真软件,在雷诺数为10000~18000时,通过对内螺纹翅片管和一种锥形内翅片管数值模拟结果进行比较发现,锥形内翅片管的传热性能远高于内螺纹翅片管。此外,对锥形内翅片管的齿条数、翅片间距以及翅片高度分别进行数值模拟发现,当齿条数N=45时,锥形内翅片管的Nu值较大,约是光管的2倍;当翅片间距越小时,Nu值越大;在L=0.6 mm时,努塞尔数取得较大值,约为光滑管的1.6~1.9倍;高度h=0.7 mm时,努塞尔数有较大值,约是光滑管的1.95~2.01倍。结果表明,齿条数越多,翅片间距越小以及翅片高度越高的锥形内翅片管具有良好的传热性能。这种翅片管具有传热面积显著增大、翅高显著提高以及可以更好地破环热边界层等优点。通过比较不同的结构参数下对应的翅片管的摩擦因数、努塞尔数和综合评价指标等值,以寻求锥形内翅片管最佳的结构参数。

管翅式蒸发器析湿系数计算探讨

在分析当前管翅式蒸发器析湿系数2种计算方式优缺点的基础上,进一步提出了一种新的析湿系数工程计算方法。新的计算方法可以避免利用蒸发器出口状态参数来计算析湿系数,并提高计算精度。

翼型翅片管矢量弯管实验研究

针对航天领域的热控产品中翼型翅片管的精密数控弯曲成形需求,进行了工艺试验研究。本文设计了一种用于翅片翼型管数控弯曲的模具,对翼型翅片管弯管过程中的弯曲回弹、管路长度延伸问题进行了实验分析,并根据实验结果建立数学模型,拟合得到翼型翅片管精确数控弯曲工艺补偿量计算公式。采用该计算公式对翼型翅片管典型结构进行成形实验,获得较高的成形精度。翼型翅片管成形精度的提高,直接支撑了在一定空间精度约束下设计更长的单根管路,对减少管-管焊装过程中的焊缝数量,提高翼型翅片管使用的可靠性具有积极意义。