基于内管移动的卧式管壳式相变储热器储热性能优化研究

相变储热技术能够实现对固态储放氢过程热量的回收和供给,实现固态储氢罐内的自热平衡,提高储放氢性能。研究针对卧式管壳式相变储热器,提出了一种新型的内管偏心放置绕中心轴线旋转的运动方式,采用Fluent数值模拟软件,基于动网格技术编写了用户自定义函数UDF,重点研究了内管偏心距离与旋转速度对储热性能的影响。结果表明:与传统中心内管静止布置相比,偏心内管的旋转运动能够显著提高储热性能,当偏心距离为9 mm,旋转速度为0.10 r/min时,储热时间达到最小值,储热时间减少了92.16%,时间平均储热速率是内管静止布置的11.51倍;当偏心距离为9 mm,旋转速度由0.30 r/min减少至0.10 r/min时,储热时间减少了13.57%;当旋转速度为0.10 r/min,偏心距离由3 mm增至9 mm时,储热时间减少了70.48%。该研究结果可为卧式管壳式相变储热器在储氢领域的性能优化研究提供新思路。

壳管式相变储能换热器性能强化研究

基于流体动力学软件CFD进行仿真模拟,从传热面积和流场两方面考虑肋片对相变换热器换热过程的影响。分析了3种结构形式(双肋式、三肋式、四肋式)下肋高及肋片排布对换热性能的影响,得出最佳结构形式和规格尺寸参数。结果表明:采用双肋式结构可极大的改善相变储能放热器的储能过程,采用三肋式结构可更快的进入流场扩张期,对称四肋式换热管在竖向和水平方向均有较高的融化速率;在同等传热面积下,双肋式结构具有显著优势。当肋片长度与换热管半径之比为1.5时,缩短了80%的放热时间,同时凝固总量也提升至87%,高出光管的76%。

管壳式相变储热器性能快速预测研究

为了构建一种具有普适性的完全熔化时间预测公式,引入一种无量纲储热时间的概念,定义为实际储热时间与基准储热时间的比值。基准储热时间通过静态近似法获得,可以基本反映完全熔化时间与其影响参数的非线性关系,有效降低了无量纲储热时间拟合关联式的非线性度,并扩大了其适用范围。针对套管式固液相变储热器,通过数值模拟方法分析了Stefan数、无量纲长度以及外内径比率三个参数对无量纲储热时间的影响规律,并拟合了关联式。结果显示,所构建的经验关联式具有较好的应用范围和预测准确度;在考虑的参数范围内,快速预测结果的误差可以控制在10%以内。所提出的无量纲储热时间及其关联式构建方法可推广应用于其他固液相变储热器。

管壳式相变换热器贮热换热效果的数值研究

选取了一种典型的贮热管排列方式,壳侧走水,管侧填充相变材料,在此基础上建立了管壳式相变换热器对水流放热的数理模型,并据此模型对换热器放热过程进行了计算,根据计算结果分析比较了管内相变材料的有效导热系数、水的质量流率、入口水温、换热器长度对换热器整体性能的影响。通过对比换热器贮热量与同尺寸普通水箱的贮热量,分析了该型换热器相对于普通水箱的贮热优势。

应用遗传算法优化设计管壳式换热器

两级管壳式换热器优化设计是一个有约束非线性规划问题,目前还没有方法能够保证寻找到该问题的全局最优解。传统的转动坐标轴直接搜索可行方向法(DSFD方法)可以获得该问题的局部最优解,但该最优解对初始点的依赖性很大,需要多次尝试寻找"全局"最优解。应用遗传算法对两级管壳式换热器进行优化设计,优化结果与DSFD方法优化结果对比表明,遗传算法更易于寻找"全局"最优解,提高优化过程的效率。

管壳式换热器强化传热研究进展

管壳式换热器作为工程中应用广泛的换热器,具有结构坚固、适应性强、能够利用和回收热能等优点。在追求高能源利用效率的背景下,换热器的强化传热得到广泛关注。本文重点阐述了管壳式换热器的强化传热相关研究进展,包括换热器本身几何结构的优化、换热流体的热物性改善以及多种强化传热技术结合的复合强化传热方法。其中几何结构优化主要包括改变换热管管型、增加管内插入物以及壳程中的隔板优化研究等。换热流体热物性改善包括纳米流体提高热导率、潜热型热流体提高比热容等。复合强化传热是将多种强化方法结合,可弥补单一方法的不足,以获得更高强化传热效果。最后指出管壳式换热器强化传热未来的研究方向在于持续开发强化传热管、制备稳定的纳米流体及潜热型流体以及多种强化方式复合提高强化效果。

管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟研究

采用数值模拟方法,使用FLUENT对管壳式换热器壳侧的两相流动及相变传热进行了模拟计算。根据壳侧流体流动特点,选定合适的湍流模型、两相流模型为混合物模型,并根据汽水转化公式编写了自定义函数UDF来描述相变过程质和量的传递。对管壳式换热器壳侧的流体介质换热发生相变并产生气液两相流动进行了三维的数值模拟研究。得到了管壳式换热器壳程的速度场、温度场、压力场及气液各相的分布情况,对壳侧气液两相流动及相变换热进行了分析。对具有相变情况下的管壳式换热器的结构设计起到参考指导作用。

结构参数对管壳式相变储热单元熔化过程性能提升的影响

针对常规管壳式相变储热单元中热源管道与相变材料之间传热性能差的问题,以竖直放置圆柱形单内管管壳式相变储热单元内部熔化过程中相界面形状为依据,对管壳式相变储热单元结构进行改进,采用数值模拟对基准管壳式相变储热单元和优化结构单元中相变材料带自然对流的熔化过程进行研究,讨论相界面、温度场和速度场的演化过程,比较不同结构单元中平均液相分数和平均速度随时间的变化趋势,分析表征储热单元传热性能的相变材料完全熔化时间。研究结果表明:优化的管壳式相变储热单元外壳形状可增强自然对流作用,提高储热单元的传热性能,加快相变材料的熔化速率;与基准结构中的相变材料熔化时间相比,其完全熔化时间缩短13.6%~38.9%。

管壳式换热器壳程流体流动与传热的数值模拟研究

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的数值模拟是研究流体流动和传热的一种重要方法辅助手段。使用模拟软件对管壳式换热器壳程流体流动及相变传热进行了三维数值模拟研究,在模拟软件中建立了简化的换热器三维模型,根据壳程流体流动特点,选择了非等温湍流的k-ε模型多物理场,该物理场结合了流体传热和k-ε湍流两个物理场,添加了非等温流动多物理场耦合,模拟计算得到换热器壳程流体的速度场、温度场及冷凝水体积分布情况。壳程流体是高温饱和蒸汽,在流动和传热过程中由于温度降低会发生相变,使流体变成气液两相流,对设计相变换热器进行了有益探索。研究发现换热器壳程内部的温度和冷凝水体积分布随着流体流动情况而变化,整体呈“Z”字形,与流体速度流向正相关;折流板根部存在流动死区,而折流板缺口背部区域也存在一个漩涡区,这两个区域温度比同高度的其他区域温度低,尤其是在该区域的换热管管壁处,温度降低明显,冷凝水体积分布大,说明低流速区域传热性能差,冷凝现象较明显。

管壳式换热器的热阻分析与传热强化

本文拟对管壳式换热器传热过程各热阻做数量级估算 ,并用数学理论分析总结传热系数随各热阻的变化规律 。

管壳式换热器传热性能的检测与校核计算

随着节能节水意识的普遍深入,余热回收成为节能节水的一条重要途径,热电联供是回收余热的一种重要方法,在油田和地方也逐渐普及开来。在目前还没有换热器检测与评价标准的情况下,如何检测与评价换热器的换热性能是急需解决的问题。通过对管壳式换热器现场测试工作进行总结,提出了管壳式换热器的传热性能的热工检测方法与校核计算方法。

折流挡板倾斜角度对管壳式换热器传热影响的数值模拟

利用CFD软件,通过对小型管壳式换热器建立数值模型,研究改变折流挡板倾斜角度(0°、5°、10°、15°、30°和45°)对换热器内部流场以及换热效果的影响规律。结果表明:在不同入口水速下(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 m/s),换热器内水流温升率和总热传率受折流挡板倾斜角度变化的影响规律不同;随着折流挡板倾斜角度的逐渐增大,换热器内部压力分布逐渐均匀,换热器进、出口压降减小;折流挡板倾斜角度取5°时,可以获得较小的压降率、较大的温升率和总热传率。

大型管壳式换热器热-结构耦合场数值模拟研究

将换热器最严酷工况的表面温度数据添加到换热器的有限元数值模拟模型上,通过导热计算得出换热器各部分的热场分布,然后求出由于热场而产生的变形。将热场产生的变形与换热器结构场载荷而产生的变形进行耦合分析,这样就可得出换热器热-结构耦合场的变形和应力分布,从而验证换热器设计的合理性。

先胀后焊技术在管壳式热交换器制造中的应用

介绍了管壳式热交换器产品制造过程先胀接后焊接的技术,同时对管板自动焊工艺提出要求。

石蜡/Fe_(3)O_(4)纳米颗粒复合相变材料在管壳式储热单元中的储/放热性能研究

相变储热技术凭借其储热密度高、温度波动小、成本低廉等优势在太阳能利用和余热回收等领域具有巨大应用潜力,但相变材料的低导热系数严重限制了其实际应用。为此,本文运用“两步法”制备出不同质量分数的石蜡/Fe_(3)O_(4)纳米颗粒高导热系数复合相变材料,对其热物性进行了综合表征,并将其与纯石蜡在管壳式储热单元中的储/放热性能进行了对比研究。研究结果表明:与纯石蜡相比,Fe_(3)O_(4)纳米颗粒能够有效地提高复合相变材料的导热系数;当纳米颗粒的质量分数为5%时,固态和液态导热系数分别提升了53%和79%,完全熔化和凝固时间可分别缩短29.69%和29.81%;尽管复合相变材料的储热量和放热量分别下降了5.62%和7.32%,但是储热和放热过程的㶲效率分别提升了0.43%和3.37%;Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的添加降低了储热和放热过程中的自然对流强度。

冷链换热器结构设计分析及热工水力计算

提出了海生物通流能力强的二壳程二管程管壳式换热器方案,为了增强管壳式换热器的换热能力,降低流致振动风险,在多个维度上对其具体结构进行了设计分析。基于管壳式的结构方案,针对其热工设计工况参数进行了热工水力计算分析,结果表明,该管壳式换热器的换热、压降和流致振动均满足设计要求。

重整进料换热器改板壳式换热器的可行性分析

介绍了扬子石油化工股份有限公司芳烃厂重整进料换热器的现状，分析了由于换热效率下降带来的问题，详细阐述了将现有管壳式换热器改为板壳式换热器的3种方案，并结合国内同类装置的经验以及装置现场的实际情况，对每种方案的可行性进行了深入的分析，选择了可操作性强的一种方案。该方案既提高了换热效率，降低了压降，又利用了原有框架，工艺管线的改动较小。

大型热网换热器的选型

本文对板式热网换热器与管壳式热网换热器的性能进行对比,计算出板式热网换热器的增益。通过技术经济分析,给出大型热网换热器的选型建议,供业内参考。

适用于井筒冻结工程的换热器选型与设计研究

完成了适用于井筒冻结工程的换热器选型与基本参数设计,介绍了固定管壳式换热器基本工作原理,确定了换热器基本参数为:管程介质为待加热盐水,壳程介质为过热氨蒸气,换热面积25.87 m^2,换热管长度1 500 mm。利用工业性试验,验证当盐水流量控制在15 m^3/h时,换热器回收热量平均为744 MJ/h,可回收冻结工程制冷系统废热的10%,取得了良好的节能降耗效果。