基于凝汽器壳侧蒸汽流场的冷却管防振改进研究

冷却管束是凝汽器的关键敏感部件,因设计不足导致凝汽器在某些运行工况下发生冷却管振动、碰磨损坏,严重影响了凝汽器设备运行的可靠性。由于凝汽器壳侧蒸汽流动过程错综复杂,使得汽流冲击冷却管束产生激振难以控制,某些核电厂虽然采取了一些针对性的措施,但在后续运行中又发生了冷却管振动断裂故障,说明现有的措施存在局限性。通过对不同运行工况下凝汽器壳侧蒸汽流动不均匀性及局部流速变化分析,发现在某些冷却管束区域局部汽流速度过高,易引发冷却管束振动、碰摩故障。通过对核电凝汽器壳侧蒸汽流动的数值模拟与计算分析,可以为改进冷却管振动防范措施和优化凝汽器运行方式提供依据。

TEMA-F型换热器壳侧油-气混合物两相流流动特性

1 弓I言 近年来国内外对管壳式壳侧两相流动的研究正在逐步开展’‘-‘’,但现有的研究均以具有单程壳体的TEMA-E型换热器为对象,尚末对石油化工中使用的TEMA-F型换热器（具有1个纵向折流板,把壳体分为2个壳室）进行研究.本文在较宽广的实验参数范围内,对空气-柴油两相混合物在TEMA-F型理想换热器模型中的流动特性进行了较系统的实验研究.2 实验装置、测试系统及实验方法 在空气-油两相流动特性试验台上进行实验,实验系统见图1.试验用理想换热器模型示于图2,模型中换热管与横向折流板、横向折流板与壳体之间无间隙,为防止边壁的旁通泄漏,还安装了非整圆假管.当纵向折流板垂直放置时,换热器左右对称,故图2中试验元件只给出整个换热器的一半（见图中实线部分）,试验元件用有机玻璃制造.在前、后端面上观察流型.平均截面含气率用快速关闭阀门法测量. “PAsTg 123 4 图1 实验系统 图2 换热器模型立体图 Fig.IExperlmental flow loop Fig.2 Heatexchanger model 1一空气压缩机;2一空气稳压器;3一空气冷却器;l一壳;2一纵向折流板;3一横向折流板;4一换热管 4一油箱;5一气液分离器;6一油流量计;7一试验 段;8一空气流量计;9一油稳压计J一油泵3 实验结果及讨论3.l 两相流型及其转变3.1.1 流型划分 在本文实验?

泄漏与旁路对管壳式换热器壳侧气液两相流流型的影响

采用逐步放开流路的方法，应用空气－水两相混合物研究了泄漏与旁路对壳侧流型及流型转变特性的影响．研究表明，旁路Ｃ及泄漏流Ａ对换热器壳侧的流型及流型转变特性的影响不明显，而泄漏流Ｅ对壳侧流型及流型转变特性有显著影响．

不互溶双组分气液两相混合物在TEMA-F型换热器壳侧的传热

对甘油水溶液-空气两相混合物在TEMA-F型换热器壳侧的换热特性进行了研究,较系统地考察了气相折算速度、液相折算速度及流型对换热的影响.用加强模型对分层流、间歇流和环状流各流型区拟合了实验数据,得到了相应的关联式,可供此类换热器参考.

流体物性对壳侧不互溶双组分两相流动特性的影响

选用空气-水和空气-柴油2种不互溶双组分两相混合物物系,实验研究了液相物性对管壳式换热器壳侧两相流流型及其转变和两相流动特性的影响.研究表明,液相物性对间歇流向环状流的转变有显著影响,对于向泡状流转变的影响则不如在管内流动明显.研究还表明,液相物性特别是粘度和表面张力对截面含气率和两相摩擦压降有显著影响.

绝热和加热状态下换热器壳侧气液两相流的流型与压降

对甘油水溶液 空气在TEMA F型换热器壳侧绝热及加热 (液相有少量蒸发 )状态下的气液两相流流型和压降进行了研究 .研究表明 ,热态时的流型及其转变与绝热时有较大差别 .在无量纲量Frm 和Jg/Jl 的坐标系中 ,首次获得了同时适用于绝热和加热状态的通用流型图 .在不同流型下 ,按窗口区、错流区用Martinelli参数关联了两相摩擦压降 ,获得了较高精度的关联式 .拟合结果说明 ,对环状流与分层流 ,在绝热和加热状态下的系数C值近于相等 .

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究与进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对纵向流、螺旋流及射流换热器中各种强化传热技术的结构特点、强化传热机理、适用场合及其研究现状进行了详细的分析与总结,并提出了管壳式换热器壳侧强化传热技术的发展方向。

TEMA-F型换热器壳侧单相压降的预测模型及其测量

对预测TEMA-E型换热器壳侧单相压降的“流路分析法”进行分析的基础上提出：当Re_（Tc)足够大时，各流路的阻力系数主要取决于各流动通道的横截面积及其质量流率，而通道截面的几何形状不会产生显著影响．因此，TEMA-F型换热器壳侧单相压降的计算可以在适当修改几何参数的条件下，用单壳程单弓板的流路分析法进行预测．为了验证预测模型，进行了试验研究．结果表明，理论预测值与试验值吻合良好．

管壳式换热器壳侧在强化传热方面的进展

本文从有功技术和无功技术两个方面讨论了管壳式换热器在壳侧强化传热方面所取得的一些进展及应用范围,并简介了CFD技术同管壳式换热器结合研究的情况,提出将几种强化技术和计算机辅助设计手段结合起来是将来换热器的发展方向。

管壳式换热器壳侧流场研究进展

应用计算流体力学能比较精确地预测换热器壳侧稳态和非稳态流场，解释因流体流动而发生的诱导振动问题和由于温差而引起的热应力问题，这有助于换热器的结构设计，使换热器性能达到最优。介绍了国内外管壳式换热器壳侧流场研究现状、发展趋势及其存在的问题。

纵向折流板垂直放置对壳侧两相流流型的影响

用空气－柴油对ＴＥＭＡ－Ｆ型管壳式换热器模型在纵向折流板垂直放置下进行试验，得出相应的流型图和流型转变边界方程。研究表明，纵向折流板垂直放置时的流型图与纵向折流板水平放置时有较大差别。文内对纵向折流板放置位置对流型影响的机理作出了分析和解释。

液相物性对壳侧不互溶双组分两相流截面含气率及两相压降的影响

在用空气-水、空气-0号柴油研究的基础上,用空气和质量浓度为30％的甘油水溶液研究了理想管壳式换热器壳侧平均截面含气率和两相压降,以期进一步考察不同液相物性的影响.研究表明,液相物性对两者均有一定影响.提出了不同液相物性时截面含气率的通用关联式.根据流型整理了两相摩擦因子.并提出了一种新的两相摩擦压降关联式,它能较好地预测不同液相物性时两相压降的实验数据.

管壳式换热器壳侧强化传热与管束支撑方式的研究进展

从管壳式换热器壳侧管束支撑方式和强化传热的角度,综述了从弓形折流板换热器、折流杆式换热器到螺旋折流板式换热器的研究进展,特别介绍了一种适合正三角形布管的三分螺旋折流板换热器的新型结构,并指出非连续折流板螺旋换热器中相邻折流板形成的三角区的泄漏是方向指向上游的有益流动,而目前常用的螺旋折流板轴向搭接方案则开启了一条指向下游的旁通捷径,将影响绕行主流正常流动和传热。

圆形壳体凝汽器的壳侧流场和传热特性分析

借助于STAR-CD分析设计软件和自编程序,采用多孔介质模型对圆形壳体凝汽器的壳侧流场进行数值模拟,并对其常用的两种管束布置(带状管束和AT型管束)进行对比分析,从蒸汽流速大小、压力损失大小、换热性能和蒸汽凝结特性等方面分析两种管束布置的优劣,为凝汽器的结构设计及优化做技术辅助。

基于STAR-CD的AT型管束凝汽器的壳侧流场和传热特性分析

基于STAR-CD平台,利用多孔介质模型数值模拟AT型管束凝汽器的壳侧流场,进而得到其传热性能参数。计算表明:进出口边界条件和分布阻力大小对凝汽器进出口静压损失、空气浓度分布均有很大影响。通过比较均匀与非均匀来流情况下的计算结果得出,非均匀来流的计算结果比均匀来流的更合理。因此,在条件允许的情况下,应该给出符合实际的入口边界条件以获得能够反映实际情况的准确结果。

管壳式换热器壳侧简化两相流路分析法模型

针对工业中广泛应用的管壳式换热器，通过实验研究，提出了壳侧单元流动模型。以均相流动模型为基础，建立了计算步骤比较少简化两相流路分析法，以计算壳侧两相压降。该方法与实验结果吻合较好，并通过与他人实验结果对比发现，该计算方法的精度比较高。

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。

管壳式换热器壳侧流体流动特性数值模拟分析

传统的管壳式换热器壳侧流体流动特性分析方法计算得出的凝结水流量等参数与实际相差较大,为此提出了一种新的管壳式换热器壳侧流体流动特性数值模拟方法。建立数值模拟模型,定义壳侧流体流动边界条件,通过对壳侧流体流动情况的计算求解,得出数值模拟分析结果。实验结果表明:该方法分析得出的凝结水流量明显比传统方法更接近实际情况,准确性更高。

不同管束结构凝汽器壳侧数值分析

凝汽器的管束结构严重影响着凝汽器性能,使用软件计算不同管束结构的凝汽器壳侧流场,可以对比得出更为适合本机组的布管型式。

运行工况对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响

为了明确运行工况对LNG绕管式换热器壳侧换热特性的影响,开展了丙烷介质在壳侧的流动沸腾换热实验研究。干度0.2~1.0,热通量4~10 k W·m^(-2),质流密度40~80 kg·(m^2·s)^(-1)。实验结果表明:随着干度增加,传热系数先增大再减小,在干度0.8~0.9工况下达到最大值;随着热通量增大,传热系数在干度小于0.8的工况下逐渐增大,但是在干度大于0.8的工况下却逐渐减小;随着质流密度的增加,传热系数在低热通量工况下呈增加趋势,而在高热通量工况下呈现出非单调变化。