周向重叠三分螺旋折流板换热器性能比较

对采用正三角形布管且螺距相同的4种螺旋折流板换热器方案,即倾斜角为20°三分周向重叠(20°TCO)、倾斜角为18°四分周向重叠(18°QCO)、倾斜角为18°首尾相连(18°QEE)以及螺旋角为18.4°的连续(18.4°CH)螺旋折流板换热器的流动和传热性能进行数值模拟.给出了子午切面、同心正六边形切面上速度矢量叠加压力或速度云图分布以及60°扇区的9根换热管和4层同心换热管层的局部热流密度分布.结果表明:每个螺旋周期中均存在二次流,非连续螺旋折流板V形缺口处存在"逆向泄漏",但4种方案中20°TCO方案泄漏量最少;20°TCO方案具有最大壳侧传热因子jo、摩擦系数fo和平均综合性能指标(jo/fo);18°QCO方案中的传热因子jo和摩擦系数fo其次;虽然18.4°CH方案摩擦系数fo最低,但其壳侧传热因子jo和平均综合性能指标(jo/fo)均最差.

三分螺旋折流板换热器水-水传热壳侧综合性能

对倾斜角为10°、15°和20°的扇形折流板,倾斜角为15°的椭圆折流板和倾斜角为20°的轴向搭接扇形折流板三分螺旋折流板换热器以及弓形折流板换热器的传热特性和压降性能进行了测试试验研究,其中螺旋折流板全部采用分区布管结构,有48根管子,而弓形折流板换热器有49根管子。试验数据分析采用轴向Reynolds数Rez,o作为自变量,壳侧Nusselt数Nuo、轴向Euler数Euz,o等参数作为因变量,并采用Nuo/Euz,o量纲1组合数作为综合性能指标。在试验范围内,20°s方案的综合性能指标最高,比弓形折流板换热器方案平均提高69.8%;倾斜角最小的10°s方案的综合性能低于弓形折流板换热器方案;轴向搭接折流板换热器方案的综合性能低于相同倾斜角外圈连接折流板换热器方案,而椭圆折流板方案的综合性能低于相同倾斜角的扇形折流板方案。

三分螺旋折流板换热器壳侧换热系数的关联式

对三分螺旋折流板换热器和对比方案弓形折流板换热器的传热和压降性能进行实验测试,其中,三分螺旋折流板换热器包括倾斜角分别为10,°15,°20°的扇形折流板,倾斜角为15°的椭圆折流板和倾斜角为20°的扇形搭接折流板5种方案.实验结果表明,20°倾斜角扇形折流板方案的壳侧换热系数最高且压降较低;折流板轴向搭接方案并不合理;当量螺旋角对换热器的性能起决定作用.根据实验数据拟合出含有倾斜角修正因子的三分螺旋折流板换热器壳侧换热系数的关联式,所计算的10,°15°和20°扇形折流板方案的数值与实验值相比误差大多小于±10%.

当量螺旋角对三分螺旋折流板换热器性能的影响

提出了非连续螺旋折流板换热器的当量螺旋角定义,并建议以组合数ho/Δp1o/3来反映换热器的综合性能。对可拆卸芯体管束折流板的倾斜角为10°扇形、15°扇形、15°椭圆、20°扇形、20°扇形搭接的三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器进行了传热和压降性能测试实验。实验结果表明:其中当量螺旋角最大的20°倾斜角扇形折流板方案的壳侧换热系数最高且压降较低,其综合性能指标ho/Δp1o/3比弓形折流板换热器的数值高26%左右;20°倾斜角扇形搭接方案与当量螺旋角相仿的15°倾斜角扇形方案的性能大致相当;15°扇形方案比当量螺旋角较小的15°椭圆方案的性能更高。可见对换热器的性能起决定作用的是当量螺旋角而不是倾斜角;实验预示在当量螺旋角更大的范围存在最佳值。

周向重叠三分螺旋折流板换热器壳侧传热性能

探析了周向重叠三分螺旋折流板换热器高效强化传热性能的主要机理,周向重叠三分螺旋折流板换热器除了具备螺旋折流板换热器的一般特点外,还同时具有适合正三角形布管方案和防相邻折流板之间短路的功能;指出周向重叠方案相邻折流板连接处三角区内的一排管束可以有效抑制因上下游通道的压差引起的逆向泄漏;介绍了倾斜角为20°、24°、28°和32°的单头螺旋、32°双头螺旋周向重叠三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的试验结果,表明试验范围内的最佳方案是倾斜角20°方案,其平均壳侧传热系数、压降和综合指标(ho/Δpo)与弓形折流板换热器的数值之比分别为1.122、0.566和2.035。

周向重叠三分螺旋折流板换热器油-水传热性能试验研究

对倾斜角为12°、16°、20°、24°和28°的周向重叠三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热和压降性能进行试验研究。换热器采用公共壳体和可更换管芯结构,热流体与冷流体分别为70℃左右的导热油和11℃左右的冷却水。试验结果表明,在试验范围内周向重叠三分螺旋折流板换热器总体传热系数、壳侧传热系数、壳侧压降和综合性能综合指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3都随着倾斜角增大而减小;倾斜角12°方案的性能指标最佳,其壳侧传热系数ho、综合性能指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3与弓形折流板换热器的数值之比的平均值分别为1.253、1.391和1.285。

三分螺旋折流板换热器内二次流分布与强化传热关系分析

通过对倾斜角35°首尾相连的三分螺旋折流板换热器的数值模拟,展示了其壳侧通道内流体在典型切面上的流场和流线分布,以及典型切面上典型直线的流动和换热参数分布,并与性能测试结果进行了对比。结果表明,数值模拟结果与实验结果是吻合的。螺旋折流板形成的近似螺旋通道,使换热器壳侧流体受离心力和向心力共同作用形成了迪恩涡二次流,且在每个螺旋周期内都存在;二次流增强了主流区域流体与靠近壁面流体的掺混,使得壳侧典型切面上中心线和折流板外缘直线的轴向速度较大;除主流中心区域外,壳侧流体在二次流的作用下具有均匀的湍流动能;二次流所在区域内,壳侧同心柱面内典型直线上换热系数相差不大,但由于二次流能使其附近区域传热面上的流体得到不断卷吸掺混,由此强化传热。

倾斜角对周向重叠三分螺旋折流板换热器性能的影响

对倾斜角为16°,20°,24°,28°,32°单头(即16°CO,20°CO,24°CO,28°CO和32°CO)和32°双头(即2-32°CO)6种周向重叠三分螺旋折流板换热器(coth STHXs)以及作为对比的弓形折流板换热器的进行数值模拟,并与已有的实验数据进行比较。采用速度矢量图和压力云图叠加速度矢量的方式分析特殊剖面上局部参数。研究结果表明:数值模拟结果与实际吻合良好。螺旋折流板方案壳侧通道存在迪恩涡二次流,相邻折流板重叠区内的管排可抑制缺口泄漏,周向重叠结构有利于强化传热;在相同流量下,壳侧换热系数随倾斜角的增大而减小。20°CO倾斜角方案的性能最优,在相同压降下,其壳侧换热系数比其他方案的系数高,且流道内的迪恩涡二次流明显较强。弓形折流板方案的性能最差,其流道中存在流动死区,且壳侧压降远高于所有螺旋折流板方案;在相同压降下,其壳侧换热系数最低,但在相同流量下的壳侧换热系数在所有方案中位列第3,紧随16°CO和20°CO方案之后。

三分螺旋折流板换热器壳侧二次流的寻踪

对倾斜角20°有34根管子的周向重叠三分螺旋折流板换热器进行了数值模拟研究,通过在三分螺旋折流板换热器壳侧通道内偏心纵向切面和横切面以及六边形纵向切面上速度矢量流场和压力云图的叠加展示,不仅呈现了壳侧总体螺旋速度的周向分量的轨迹,而且从所呈现的轴向和径向速度分量揭示了二次流和相邻折流板V型缺口处逆向泄漏的踪迹。研究结果表明:流体在螺旋通道内在离心力作用下呈现向外扩张的流动趋势,然后在外围高、中心低的压力分布作用下沿着靠近折流板附近的流速较低的区域向心流动返回轴中心,形成单涡型迪恩二次流;二次流增强了流体的掺混,从而有利于强化传热。

立式三分螺旋折流板冷凝器的数值计算

利用立式三分螺旋折流板冷凝器之倾斜折流板的疏液强化凝结传热是一种创新的改进.以数值模拟的方式,研究立式三分螺旋折流板冷凝器模型中倾斜折流板的疏液和螺旋通道内的流动汽液分离对凝结换热强化的影响.模拟结果表明,凝结换热效果随折流板倾斜角度减小而强化,且在含不凝性气体时,倾斜角为15°,25°和35°的3种三分螺旋折流板冷凝器方案和弓形折流板换热器方案比无折流板光管束Nusselt凝结模型方案的平均凝结换热系数分别高出89.7%,75.7%,58.2%和33.1%.

三分螺旋折流板的疏液结构对立式冷凝器性能的影响

为了改进立式冷凝器的性能,对强化凝结传热性能的三分螺旋折流板疏液结构形式进行了试验研究.试验立式冷凝器采用公用壳体可置换芯体结构,比较分析了6件三分螺旋折流板芯体和1件弓形折流板芯体的壳侧凝结换热性能.结果表明:三分螺旋折流板立式冷凝器的壳侧换热系数是弓形折流板方案壳侧换热系数的1.48~2.65倍,其中最佳的双头变角度带挡液堰方案的壳侧换热系数比弓形折流板壳侧换热系数平均提高了144.4%;单头变角度方案壳侧换热系数比单头定角度方案壳侧换热系数平均提高25.47%;双头变角度方案壳侧换热系数比单头变角度方案壳侧换热系数平均提高15.74%;带挡液堰方案壳侧换热系数比不带挡液堰方案壳侧换热系数平均提高6.37%.

三分螺旋折流板电加热器的流动和传热性能

对倾斜角为10°、15°、20°周向重叠三分螺旋折流板,由9根12 mm的U型管组成的电加热器方案进行了流动与传热性能及表面温度均匀性的数值模拟,与相同布管方式的弓形折流板的电加热器方案的结果进行了对比。结果表明,在所讨论的方案中,倾斜角为15°三分螺旋折流板电加热器方案的换热系数和综合性能指标h·Δp-1/3较高;计算范围内,其平均换热系数和综合指标h·Δp-1/3的平均值与折流板板间距为100 mm的弓形折流板方案的数值之比分别为1.19、1.51;其壁面平均温度和最高温度的平均值比弓形折流板电加热器方案分别降低46.3 K和88.1 K。

高黏度流体下折流板结构对管壳式换热器传热综合性能的影响

针对高黏度流体在弓形折流板管壳式换热器中综合传热性能低的问题,采用甘油作为壳程高黏度流体模型介质,通过三维数值模拟计算方法对其在弓形折流板和三分螺旋折流板管壳式换热器的壳程流动特性和传热综合性能进行研究。结果表明:甘油在三分螺旋折流板换热器壳程中呈螺旋状流动状态,相比于弓形折流板而言,虽然传热性能降低,但有效降低了壳程压降,热增强因子TEF提升了4.84%~28.95%。

适合于正三角形排列布管的螺旋折流板换热器

螺旋折流板换热器中流体以螺旋运动方式冲刷管束,克服了弓形折流板换热器中蛇形流动存在的局部压力损失、流动死角以及弓形缺口处部分管束支撑跨距过大易产生共振而造成振动破坏等缺点。针对绝大多数管壳式换热器都是正三角形排列布管的特点,在1/4椭圆-扇形螺旋折流板基础上改进设计出三分椭圆螺旋折流板。三分椭圆螺旋折流板可按特定布管方式的自然间隔来分块,也可以采用1/3分区布管。此方案可以应用于几乎所有目前采用弓形折流板的正三角形排列布管的换热器场合,且管孔的定位划线和制造加工工艺容易实现。

阻流板对轴向搭接螺旋折流板换热器流动和传热性能的影响

对倾斜角为36°的X型缺口是否采用阻流板堵死的4种轴向搭接螺旋折流板换热器的流动和传热性能进行数值模拟研究,其中4种方案均采用三分螺旋折流板,正三角形布管且螺距近似相同,分别为无阻流板(36°MO)、最外侧一条缺口堵死(36°MOB1)、外侧缺口堵死(36°MOB2)和内外缺口全堵死(36°MOBA)。构建子午切片M1,正六边形切片H2和H3,采用速度矢量叠加速度或压力云图的方式全方位阐释壳侧流场特性。结果表明,在分别穿过X型缺口外、内三角区的正六边形切片H2和H3上所显示的相邻折流板之间的泄漏情况4种方案有明显不同;同时这4种方案的每个螺旋周期内都出现二次流,其中36°MOB2方案二次流强度最大;虽然阻流板阻挡面积越多的方案其传热系数越高,但流动阻力也越大,从壳侧综合性能ho/Δpo来说,36°MOB1方案和36°MOB2方案分列前两名,而36°MO方案最低;与36°MO方案相比,36°MOB1、36°MOB2和36°MOBA方案的壳侧传热系数ho和壳侧综合性能ho/Δpo的平均值分别高36.76%、38.59%、41.13%和19.88%、10.14%、9.30%。由于36°MOB1方案的综合性能指标较高且阻流板在管束最外侧,制造工艺可行,所以其应用价值较好。

螺旋折流板换热器在发电厂应用的可行性

性能试验和数值模拟计算都表明,三分周向重叠螺旋折流板换热器是一种适合正三角形布管的自然分隔、可抑制逆向泄漏、零件较少、且其壳侧换热系数和单位压降的壳侧换热系数指标较高的结构型式。不仅可应用于发电厂的油冷却器、闭式冷却器等单相流体传热场合,而且可利用倾斜折流板的疏液和螺旋通道中离心力分离汽液作用来强化立式给水加热器的壳侧传热,为推广应用可以节省占地面积且维修方便的立式给水加热器开拓了新思路。

螺旋折流板热交换器最佳结构与折流板加工新技术

螺旋折流板热交换器是针对弓形折流板热交换器存在流动死区、压降较大、易诱导振动及易结垢等缺陷而出现的改进方案,其中折流板的结构型式对于热交换器的性能有决定性影响。对螺旋折流板热交换器的主要结构型式、研究进展以及一种传热系数、综合性能均很高且零件数量最少、结构简单的周向重叠三分螺旋折流板热交换器进行了详细介绍,并给出了一种扇形折流板激光切割加工的新方法。

斜日字布管螺旋折流板电加热器热力性能数值模拟

斜日字布管三分螺旋折流板电加热器是针对现有分层环形布管弓形折流板电加热器存在的传热系数偏低和管间距不统一的缺陷而设计的一种正三角形布管的新型方案.对5种由27根16mm的U形管按斜日字布管的倾斜角为15°,20°三分螺旋折流板电加热器和2种由30根16 mm的U形管分层环形布管不同板间距的弓形折流板方案进行了流动与传热性能及表面温度均匀性的数值模拟和对比.流体为压缩氮气的计算结果表明:与性能相对较高的板间距200 mm弓形折流板方案相比,有效加热面积仅为68.5%的15°三分螺旋折流板电加热器的表面平均温度、最高温度分别降低了31.7,50.7 K,平均换热系数和综合指标h·Δp-1/3分别提高了68.2%,34.3%.

立式螺旋折流板冷凝器内制冷剂流型和换热特性的数值模拟

通过数值模拟对比研究单、双头变角度三分螺旋折流板与变间距弓形折流板立式冷凝器的凝结换热性能。建立了设有挡液堰和疏液缺口的三分螺旋折流板立式冷凝器和弓形折流板立式冷凝器的模型,利用Fluent软件的混合模型模拟了蒸汽在上述不同立式冷凝器内的速度、压力及凝结液的分布情况。模拟结果表明,双头变角度三分螺旋折流板立式冷凝器能够有效提高凝结换热系数,其平均换热系数可比弓形折流板方案提高35.7%,且挡液堰与疏液缺口能够有效排液,防止凝结液被蒸汽流夹带,克服了传统立式冷凝器的水平弓形折流板不能有效疏液的局限。

三分螺旋折流板换热器壳侧传热特性研究

本文给出了三分螺旋折流板换热器几何参数的关系式,并分析了倾斜角为10°、15°、20°扇形、15°椭圆、20°扇形搭接的三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热和压降性能测试实验结果。结果显示20°扇形折流板方案的壳侧换热系数较高且压降较低,其性能指标h_o/△p_o^(1/3)平均值比弓形折流板换热器的值高26%;20°扇形搭接方案与螺距相仿的15°扇形方案的性能大致相当;15°扇形方案比螺距较小的15°椭圆方案的性能更高。结果表明对换热器的性能起决定作用的不是折流板的倾斜角而是当量螺旋角。