Development and Test of a New Solar-Air Heat Exchanger for the Linear Mirror II System

The Linear Mirror II is an innovative system to concentrate solar energy, developed by Isomorph SRL. In this paper, a solar-air heat exchanger of new conception is presented and tested together with a Linear Mirror II. The heat exchanger surface is selective with respect to direction and position of light absorption and emission and once heated by the Linear Mirror II, can reach an air temperature of up to 230&degC.

套管式地埋管换热器节能特性的研究与应用

大庆油田进入开发后期存在着一定数量的废弃井,采用套管式地埋管换热器可以获取到废弃井的中深层的地热能。首先对废弃井转换为地热井的可行性进行分析,通过确定中深层地埋管换热方式,建立外入内出型传热计算模型并对废弃井结构改造。再具体分析大庆油田的地层土壤温度分布和确定边界条件,得出符合现实的理论计算公式。进一步分析套管式地埋管换热器取热评价指标与传热影响因素研究,得到流体流量和进口温度对传热影响因素,及循环流体进口温度对运行特性的影响对取热效率的影响规律。最后,通过对两种工况的废弃井现场试验,得到套管式地埋管换热器平均换热量为478.5 kWh。为利用大庆油田1700口废弃井的节能改造找到了一条切实可行的出路。

发夹式换热器管板的应力分析与强度评定

应用ANSYS有限元分析软件,考虑压力载荷和温度载荷对管板整体应力分布的影响,采用顺序耦合法对发夹式循环冷却器的热端管板在7种工况下进行有限元应力分析。结果表明:在压力载荷与温度载荷共同作用下,管板最大等效应力为329.9 MPa,位于布管区内换热管与管板连接处。壳程先停工况下管板的最大等效应力值最大值为332.5 MPa,是发夹式循环冷却器管板的最危险工况。在对管板上最大等效应力处进行当量线性化处理,结合分析设计标准进行强度评定,评定结果均合格。

入炉煤总氯量对粗苯含氯超标的影响分析

粗苯为1种重要的化工原料,其主要用于深加工制苯、甲苯、二甲苯等产品。粗苯含氯高会严重腐蚀管道,对后续苯加氢等深加工利用带来危害。经对化工产品生产工艺以及入炉煤综合分析研判,基于粗苯含氯情况重点从入炉煤、介质、冷却器清洗、换热设备串漏等方面排查粗苯含氯增高的影响因素,并结合煤中氯的释放、洗煤对精煤含氯的影响探讨入炉煤含氯量与粗苯含氯量的关系。结果表明:高氯煤是造成粗苯含氯升高的直接因素,煤在碳化室热解过程中,煤中氯离子会以HCl的形式析出并进入荒煤气与化产回收系统中。当入炉煤总氯量偏高时,严重影响粗苯等化工产品的质量。在化工产品生产工艺正常的情况下,入炉煤中总氯含量应低于0.1%,以保证粗苯含氯量控制在10μg/g以内。

管壳式换热器工艺设计的新挑战

随着计算机技术的发展,计算机辅助设计法(CAD)和基于计算流体动力学 (CFD)和数值传热学的设计方法将是 21世纪管壳式换热器的 2种主要设计方法;同时,为了进行有效的管壳式换热器工艺设计,还需要面对目前存在的诸如多相流动及传热、最优化、传热强化、流体振动、污垢、高粘度流体、物性数据库、湍流、非线性传热、换热器中流动及传热过程的数值模拟等十大挑战性难题,这也是未来的研究方向。

基于群体智能算法的换热网络同步最优综合

换热网络同步综合方法一般需要建立复杂的混合整数非线性数学规划模型,该模型具有非凸、非线、不连续的特点,属于最难求解的一类NP-hard问题,应用传统的优化算法很难确定其全局最优解,尤其是对大规模换热网络综合问题,甚至无法在合理时间内接近全局最优的局部最优解。针对换热网络同步综合问题,提出基于群体智能算法的分层优化策略,外层采用离散粒子群算法与遗传算法相结合的混合群体智能算法优化换热网络结构,内层在结构变量给定条件下利用改进粒子群算法优化冷热物流分流比与换热负荷。两个典型算例研究证明了该方法能以较高的效率和稳定性得到较好的优化结果。

一种新的用于换热网络全局优化的强制进化随机游走算法

应用启发式方法在换热网络全局优化上的优点,提出了一种全新的强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE),算法以目标函数减小为强制方向,通过各换热单元面积的随机扩大或缩小,同时实现了整型变量(换热单元数)和连续变量(换热单元面积)的同步优化。另外,算法能够以一定的概率选择接受差解,使其具备极强的跳出局部最优解的能力和全局搜索能力。算例验证表明,RWCE算法相比于其他启发式方法具有程序简单、更易实现、算法适应性及全局搜索能力更强的优点,使优化质量得到进一步提升。

巷壁与空气热湿交换规律数值模拟研究

为探讨矿井通风过程中巷壁与风流的热湿交换规律,更好地保证井下员工生命安全,运用Fluent求解器对热湿交换过程进行数值模拟。以正交试验设计为方法,选定影响巷壁与空气的热湿交换规律的10个因素进行正交试验。采用极差分析法和相关性分析法分析试验所得结果,探讨各因素对终点温度和终点相对湿度的影响。结果表明:对终点温度影响较大的3个因素依次为巷道壁温、巷道长度、进风温度,且都表现出正相关性。巷道壁面湿度对终点湿度影响最明显,成正相关,剩余各因素影响较小。最后对正交试验所得数据进行多元线性回归,得出拟合方程,将此用于风温和空气湿度预测。

竖直U形地埋管换热器热短路现象及换热性能研究

针对影响地埋管换热器热短路现象及换热性能的主要因素（回填材料导热系数和热泵运行方式），建立了U形地埋管换热器的三维非稳态数值模型，通过热响应实验验证了该模型。采用FLUENT软件进行模拟分析，得到不同导热系数土壤条件下地埋管换热器的热短路损失系数和每延米换热量随回填材料导热系数的变化规律，推荐采用导热系数比周围土壤稍大的回填材料。对比了地源热泵连续与间歇两种运行方式，得出当回填材料导热系数小于或等于周围土壤导热系数时，间歇运行对热短路现象基本无影响；当回填材料导热系数大于周围土壤导热系数时，间歇运行可使热短路损失系数降低51．6％～74．5％，每延米换热量提高32．6％～34．0％。

内置换热器的不同工质ORC系统的综合评价分析

将换热器置于有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统,并结合不同工质对ORC性能进行研究。论文基于热效率、效率、经济性能指标和热回收效率建立目标函数,通过线性加权法提出了一种新的综合评价指标,以此对加入内部换热器(IHE)的不同工质的ORC系统进行评价和分析,尤其是着重对工质为R123系统进行了分析。由于加入内部换热器后,经过膨胀机的较高温气体与经过循环泵的较低温气体换热,可知该系统可以降低预热工质所需能量的损耗,并通过分析改变蒸发冷凝温度使整个系统的综合性能得到了提高。

间歇运行策略对埋管换热器换热特性的影响

搭建土壤水平埋管蓄热实验装置,建立其蓄热体的Fluent模型进行模拟,并通过实验验证了模拟计算结果的准确性.在土壤平均温度与入口水温相差较大的条件下,使用该模型模拟了净蓄热时间为1 h的不同间歇蓄热过程,定量分析了间歇次数和间歇时间占比对埋管平均线热流密度的影响.结果表明:当间歇次数固定时,一定蓄热时间内的平均线热流密度和间歇时间占比近似成线性关系,拟合得出了各间歇次数下二者的线性关系式.线性关系式的斜率与间歇次数近似成对数函数关系,所得关系式可为优化实际工程中埋管换热器的运行参数提供指导.

超临界环境下的雾化过程中表面张力变化对射流稳定性的影响

通过考虑由于气液界面上存在传热过程而导致的表面张力随空间分布的变化规律,并将此影响耦合加入线性稳定性理论中,研究燃油射流在进入跨临界环境后的稳定性及破碎行为.结果表明,随温度的增加,表面张力减小的梯度逐渐增大,并非线性分布;当气液界面温度接近临界点时,表面张力快速衰减为零;考虑传热效应和表面张力变化时,最不稳定波的增长率随波的发展是变化的.分析结果将有助于理解跨临界环境下射流破碎的机理,进一步扩展现有雾化模型在实际工况下的适用性.

SiC换热器材料热物理性质的研究

本文采用ＴＬＰ－１８型激光热常数仪和岛津ＴＭＡ—３０热分析仪研究了温度对等静压ＳｉＣ换热器材料的导热系数和热膨胀系数的影响，并对影响ＳｉＣ抗热震性能的各因素进行了分析．研究表明，等静压ＳｉＣ材料的导热系数随着温度的升高而降低（２９３Ｔ１４７３Ｋ）；而其热膨胀系数却随着温度的升高而增大（２９３Ｔ１２７３Ｋ）．这为高温ＳｉＣ换热器的设计和使用提供了科学依据．

地源热泵竖直地埋管动态负荷下换热特性解析分析方法

基于无限长线热源模型和负荷叠加原理,建立了竖直地埋管动态负荷下换热特性二维解析计算模型,预测了地埋管全年运行进、出口流体温度及周围岩土温度的分布,与已建立的地埋管全尺寸三维数值计算模型的计算结果进行了比较。结果表明,两种模型的计算结果基本吻合。

热混联板式换热器传热系数计算方法研究

利用板式换热器热工性能测试平台对E100-M深波纹人字形板式换热器进行测试并对试验数据进行分析,发现在热混联板式换热器中,不同混装方式下影响传热系数的关键因素是混合通道所占的比例。对热混联组装方式在全小角至全混角、全混角至全大角的试验数据进行线性拟合,得到相应的传热系数计算公式。通过类比分析得到板式换热器热混联传热系数的通用计算公式,并与试验数据进行比较,发现其计算误差在10%以内。

一次表面热交换器的优化设计分析

根据一次表面热交换器(PSHE)的结构特点和流动传热规律,应用优化理论建立以结构质量、传热系数和压力损失为目标函数,以流道几何尺寸和流速为独立设计变量的PSHE多目标优化设计模型,利用线性加权和法将多目标向量极值问题转化为单目标标量极值问题,编程求解该优化数学模型.算例表明,优化设计分析方法可以避免板片几何尺寸选取的主观因素,获得最优性能的最佳设计.寻优分析有助于获得先进紧凑的一次表面换热器部件和高效的热动、化工联合装置.

基于网络分割的大规模换热网络温度校正方法

为解决生产过程中换热网络关键参数测量值误差导致的换热网络设计和优化方案不准确的问题,研究针对大规模换热网络,提出了一种基于网络分割的温度校正方法。该方法以换热网络能量平衡方程为基础,构建了换热网络的加权有向图模型;并以此为基础,采用谱聚类算法获得了换热网络的子网络;同时采用分解协调算法和改进的迭代测量检验法等方法,实现了对换热网络中温度变量的精确校正。案例分析结果表明,基于网络分割的数据校正方法可在牺牲一定精度的基础上,显著减少换热网络数据校正问题求解的迭代次数,提高计算效率和资源利用率。与整体数据校正方法相比,基于网络分割的数据校正方法的计算量随着换热网络规模的增大将显著减小。

换热器直管非线性振动分析与控制

利用等价线性化解析方法,分析换热器直管的非线性振动,并指出振动的控制方法。通过对传热管的数学分析,得出振动系统的等价固有频率计算公式,对振型也作了探讨,为进一步分析直管的振动情况打下基础;根据得出的固有频率和通过分析流体的流动特性,可以采取相应的措施控制和避免振动,防止振动的破坏。把非线性运动理论应用于传热管运动分析,对传热管振动控制和换热器的工程应用具有重要的指导意义。

摩擦副本体温度的计算模型

本文建立了一个传热系统模型,它只考虑摩擦副接触区的几何形状,表层材料的物理参数和表面上的润滑油的物理参数。通过系统分析和能量方程导出稳定导热方程的定解问题,考虑摩擦副表面和侧面上的润滑油的强迫流动及其对流换热,给出了一个相对简单的摩擦副本体温升的理论解。结果表明,低速情况下,摩擦副接触长度显著影响其本体温升,接触长度愈长,本体温升愈高;高速情况下,接触长度对本体温升影响不大;通过侧面对流换热冷却能有效地降低摩擦表面的本体温升。

全焊接板式换热器应力分析及评定

利用ANSYS软件建立了全焊接板式换热器管侧集合箱的有限元模型,通过有限元分析得到模型的应力大小和分布。并对管侧集合箱进行了应力等效线性化处理,分解得出均布薄膜应力和线性弯曲应力,继而根据有关标准对应力校核线所在的部位进行了应力分类,并给出了应力强度评定结果,为全焊接板式换热器的设计与制造提供参考。