圆形翅片管换热器在余热回收中流动与传热特性

对一台用于烟气余热回收的圆形翅片管换热器进行结构分析,在实测数据的基础上,采用数值仿真模型对该换热器翅片间流体进行三维模拟研究,分析换热器的流场特性,包括翅片间气体流速、温度分布、压力损失、传热负荷等。结果表明在Re为8 300时,模拟的压差与理论计算基本吻合,且有翅片截面的烟气压力损失比不含翅片截面压力损失大7.7%,同时对不同高度的翅片对换热特性的影响做了模拟,为圆形翅片管换热器在余热回收的应用提供理论依据。

圆形翅片导热的翅片效率

翅片管是翅片管换热器中的核心和关键元件,翅片效率是设计翅片管换热器过程中的主要参数之一,在换热表面的比较方面也具有一定的实用价值。由于翅片效率的解析解复杂或求解困难,对于一般工程问题只需求出近似值即可满足需要,所以采用了一种简便可行的数值法。根据热量衡算,建立了圆形翅片导热的数学模型,运用有限差分法,将模型整理为三对角矩阵,借助于计算机,计算出圆形翅片导热的温度分布,翅片散热速率,从而计算出翅片效率。根据实例所得出的翅片散热速率θ1为22.92W,翅片表面温度为基管温度时散热速率θ2为36.82W,所得翅片效率η为0.62。应用该方法可对不同结构尺寸、材质的圆形翅片及不同的换热介质进行计算,得出相应的结果。

十二排圆形翅片管换热器的传热与流动特性研究

采用数值计算方法研究12排大管圆形翅片表面空气侧流体的流动特性,获得不同雷诺数下圆形翅片的速度分布云图、温度分布云图和流线分布图,并将模拟的结果与实验和实验关联式分别进行验证。研究结果表明:翅片间距为9.6mm第一排管壁侧和翅片表面的传热系数分别是翅片间距为2.4mm的1.67和0.97倍;前面六排翅片表面和管壁表面的传热系数具有很强的波动,而在第六排后翅片表面和管壁表面的传热系数趋向于稳定。

圆形翅片导热数学模拟

通过对圆形翅片导热的数学模拟，求出圆形翅片导热的温度分布、翅片散热速度及翅片效率。对翅片式换热器的研究与设计具有一定的实用价值。

纵向涡发生器对圆形翅片管换热强化的影响

利用CFD计算软件FLUENT对带有纵向涡发生器的圆形翅片管的流体流动和传热过程进行数值模拟,并与普通圆形翅片管加以对比。结果表明,带有纵向涡发生器的翅片管换热效果明显优于普通翅片管。应用场协同原理解释认为,纵向涡发生器使流体速度和温度梯度之间夹角减小,改善了速度场和温度场的协同性,从而增强了换热效果。

圆形翅片管换热器计算模型与算法收敛性研究

本文以单排换热管为换热单元,建立了圆筒形翅片管换热器的分排参数数学模型,并提出采用二分法迭代求解换热方程组的数值求解方法,重点讨论了在对单排换热管进行迭代求解时出现的收敛性问题。本文提出两个迭代判据条件,并给出通过求解条件方程零点的方法确定迭代变量(各排换热管的进水温度)的下限值。对模型进行验证,结果表明各排换热管的进水温度迭代下限值是总进水温度的线性递增函数。在总进水温度较低的情况下,该方法可以避免迭代计算进入不合理区间,保证算法稳定收敛。

圆形翅片管束的换热与阻力特性试验研究

在传热风洞上采用定热流密度的方法,对3种不同圆形翅片管组成管束的传热和空气侧流动阻力特性进行了试验研究。根据试验结果,并与以前的经验公式进行了比较,拟合得到传热系数和阻力系数的关联式,为翅片管换热器的设计提供了理论支持和技术依据。

涡流发生器对热管翅片的强化传热研究

利用CFD计算软件Fluent对加装和未加装LVGs的翅片进行了数值模拟分析,得到了温度场、压力场、速度场的分布情况。通过比较发现,带有LVGs的连续翅片有效延长了流场中空气与热管的接触时间,梯形小翼有效地改变了空气的流动方向,形成了纵向漩涡,很好地改善了温度场与速度场之间的协同性。但正是梯形小翼对空气流动产生的这种阻碍,使得进出口的压力损失比较大,因而为了获得较好的换热效果,应该控制入口流速不能过大。模拟结果与分析表明这种梯形小翼可以有效的解决热管换热器换热能力不足的问题。

管束排列及管间距对换热器传热性能的影响

通过改变圆形翅片管换热器管束排列及管间距的传热性能实验,得到雷诺数(Re)、纵向管间距(Sl)及管束排列方式对圆形翅片管换热器传热性能的影响,再利用数值模拟方法分析这3个因素影响的原因。结果表明,圆形翅片管换热器的努赛尔数(Nu)及阻力系数(f)均随Re的增加而增加,且增加趋势逐渐下降。增大Sl可提高顺排圆形翅片管换热器的传热性能,但是提高幅度随Sl的增加而减小,在Sl为110mm时换热效果最好;增大Sl反而会降低叉排圆形翅片管换热器的传热性能,其换热效果在Sl为66mm时最好。相对于顺排方式,叉排圆形翅片管换热器的换热效果更好。速度场与温度场间的协同角度大小、回流区面积及尾流涡尺度大小与换热器传热性能的提高有关,可以从这3个方面进行分析,以寻找改善换热器结构的途径。

椭圆形百叶窗翅片传热强化数值分析

提出了一种新型椭圆形百叶窗翅片,采用CFD方法对其阻力特性及传热特性进行了模拟研究,并与传统矩形百叶窗翅片进行比较,分析了雷诺数对两种结构内流体的流动与传热性能的影响,同时对两种结构内流场与温度场的协同性也进行了研究。结果表明:新提出的椭圆形百叶窗翅片与矩形百叶窗翅片相比,阻力因子f降低了16%~20%,传热因子j提高了5%~7%,且雷诺数Re在225.7~451.3范围内,椭圆形翅片综合评价因子j/f1/3比矩形百叶窗翅片的提高了11%~15%,且椭圆形百叶窗翅片的速度与温度场的协同性优于矩形百叶窗翅片,椭圆形百叶窗翅片的综合换热性能高于矩形百叶窗翅片。

一种新型热管装置应用在宾馆空调节能系统中的分析研究

本文简要阐述了分离式热管的应用、研究以及宾馆空调设计中存在的问题,然后介绍了分离式热管的传热原理,最后提出将一种纵向翅片分离式热管应用于宾馆能量回收进行了经济性分析,指出纵向翅片热管应用于宾馆空调热回收系统,具有一定的可行性。

Heat transfer simulation of annular elliptical fin-and-tube heat exchanger by transition SST model

In this study,thermo-fluid characteristics of elliptical annular finned tube heat exchanger were numerically studied in detail.Transition SST model was utilized to simulate turbulent flow.Effects of air velocities,horizontal to vertical fin diameter ratios,and fin densities were examined in detail.The simulations indicate superior performance of elliptical fin layout.It was shown that pressure drop of annular elliptical fin can be only one half of that of a circular annular fin while containing comparable heat transfer performance.The vertical elliptical annular fin may even contain a higher heat transfer performance over circular fin.Correlations are proposed to estimate the Nu number and pressure drop based on the annular circular fin.The maximum deviations between the proposed correlations and simulations regarding pressure drop and heat transfer coefficient are 5.6%and 3.2%,respectively.For further elaboration of the superiority of the elliptical layout from the second law perspective,normalized entropy generation was also studied.In all cases,the entropy generation rate in circular fin was higher than that of an elliptical fin.

含灰湿空气外掠翅片管束积灰和阻力特性实验研究

本文针对以褐煤预干燥乏气为代表的含灰含湿气体余热回收问题,采用含灰湿空气模拟真实干燥乏气/烟气,搭建了混合气体外掠圆形翅片管束对流冷凝实验系统,获得了灰分浓度、水蒸气质量分数、主流气体入口温度等因素对其积灰和阻力特性的影响规律。实验结果表明,阻力系数随着灰分浓度和气体入口温度的增加而增加,随水蒸气质量分数的增加而减小,其中灰分浓度影响重大,当其从1.5g·m3增加到12.8g·m-3时,平均阻力系数从0.07增长到0.46,增长幅度约为536%.积灰程度表现出与阻力系数相同的趋势,当灰分浓度大于7.7g·m3时即积灰严重,甚至会产生堵塞流道的现象,需要及时清理。