基于响应面分析法的多通道烘缸换热性能分析与参数优化

本研究基于响应面分析法,对多通道烘缸的换热性能与转速和蒸汽质量流速的关系进行了分析,并进行了参数优化.结果表明,在低蒸汽质量流速下,转速对于换热效果的提升并不明显,而高质量流速下,转速对于换热性能的影响是高于质量流速的.当转速较低时,换热性能在蒸汽气相雷诺数为33000左右时达到最大;而在高转速条件下,蒸汽质量流速的提高对换热性能的提升十分显著.为获取最佳换热效果,根据响应面方程可知:对于质量流速与转速均可在实验区间内调整的情况下,两参数在都达到实验区间最大值时,换热性能最好;当转速一定时,质量流速应至少保证气相雷诺数Re_(g)不小于30841.80;当质量流速不能保证Re_(g)大于32323.21时,转速应当降至较低水平,反之则维持Re_(g)的取值满足对应的线性关系;当蒸汽质量流速一定时,若质量流速对应的Re_(g)小于26286.71,保持区间内最低转速可以获得最佳换热效果,反之保持区间内最高转速.

多通道烘缸结构参数对烘缸传热性能的影响

提出了多通道烘缸内部结构的设计方法,分析了多通道烘缸结构参数对蒸汽冷凝传热及流动特性的影响。首先指出通道数量、高宽比和间隔比等参数与通道宽度、高度和当量直径等结构参数的关系,然后引入Cavallini冷凝传热系数实验关联式及均相流模型,分析了结构参数对多通道烘缸蒸汽冷凝传热系数和沿程阻力的影响。结果表明,通道数量、高宽比和间隔比对蒸汽冷凝传热系数及沿程阻力的影响较大。综合分析结果表明,当通道数量为150~200、高宽比为1∶3及间隔比为1∶1~1∶3时,多通道烘缸的整体性能最好。

多通道烘缸水平矩形管内冷凝换热特性及流型

为研究多通道烘缸内蒸汽的冷凝换热特性,提高烘缸干燥效率,降低造纸工业能耗,采用可视化方法对多通道烘缸中的单边换热水平矩形管内蒸汽冷凝现象进行了观测实验。实验观察到了环状流、波状流、弹状流以及塞状流4种流型。实验结果表明:当质量流率较小时,小干度下流型主要为塞状流和弹状流,随着干度的增大,流型转变为波状流;当质量流率较大时,即使小干度下流型仍主要为波状流和环状流,冷凝过程无塞状流和弹状流出现。经比较,Tandon流型图可较好地预测实验观察到的流型。此外,当质量流率较小(G<35kg·m-2·s-1)时,换热系数受质量流率和干度影响较小;随着质量流率增大,换热系数受质量流率和干度的影响变大,且随着质量流率和干度的增大而增大。最后,将实验值与传统经验关联式计算值进行了对比,发现Cavallini的关联式能较好地预测该实验结果。

造纸机的新型多通道烘缸

目前的造纸机烘缸大多采用虹吸管式冷凝水排出装置,由于受烘缸积水的影响,导致传统烘缸的干燥效率下降,纸页受热不均匀。基于此,介绍了对该传统结构进行改进的方法,采用多通道式冷凝排水装置,并将2种烘缸在干燥机理、传热效率和干燥设备的技术性能指标等方面进行了详细的比较,得出了多通道式烘缸干燥效率高,能耗小等优点。

双向进汽多通道烘缸的结构设计及传热分析

目前的造纸机烘缸大多采用虹吸管式冷凝水排出装置,由于受烘缸积水的影响,传统烘缸干燥效率下降,纸页受热不均匀。基于此,文章对该传统结构进行改造,设计出新型多通道烘缸的结构,并进行传热分析,由于单向进汽,多通道烘缸温度分布不均,改进设计的烘缸结构为双向进汽,应用Flunet软件进行了双向进汽多通道烘缸的传热模拟,得出设计的双向进汽多通道烘缸结构满足传热要求。多通道烘缸可改变原有排水方式,提高效率。

纸机多通道烘缸研究进展

在介绍纸机多通道烘缸基本结构与工作原理的基础上,从结构设计与优化、实验研究、CFD仿真研究等方面对国内外多通道烘缸最新的研究进展进行总结与分析,根据分析结果提出了未来多通道烘缸的研究方向。

纸机多通道烘缸的设计与受力分析

目前的造纸机烘缸大多采用虹吸管式冷凝水排出装置,由于受烘缸积水的影响,传统烘缸干燥效率下降,纸页受热不均匀。文章对该传统结构进行改造,采用多通道式冷凝排水装置,对新型多通道烘缸进行了理论分析,设计出新型多通道烘缸的通道、烘缸壁、缸盖。最后,应用ANSYS软件进行了多通道烘缸的受力分析,得出设计的多通道烘缸结构满足应力要求。多通道烘缸可改变原有排水方式,提高效率。

多通道烘缸通道内流体流动特性数值模拟研究

探讨了多通道烘缸内流体通过通道时的流动特性,建立了多通道烘缸通道的计算流体力学模型,并用计算流体力学软件FLUENT模拟通道内在不同气相折算速率及不同液相折算速率工况下,通道内气液两相分布及其沿通道壁面方向的压力降,得出了通道内流型的变化情况,为多通道烘缸的流动与传热机理研究提供了理论依据。

多通道烘缸表面温度的数值模拟与研究

运用CFD软件对多通道烘缸的单通道进行二维数值模拟,得到单通道内流体的温度分布和通道表面的温度分布,并分析了多通道烘缸两种结构的优劣。同时,对比不同入口压力对多通道烘缸表面温度的影响,结果表明,在相同的操作条件下,提高蒸汽进口压力,不仅可以提高多通道烘缸的干燥效率,还可以进一步改善烘缸表面温度。

多通道烘缸汽液两相流型特性及转变

本研究以实验条件下多通道烘缸蒸汽凝结换热工作状态为基础,通过可视化观察,研究了水平U形截面通道汽液两相界面分布情况及流动特性。结果表明,通道内蒸汽凝结流动主要有7种流型,发生稳定凝结换热过程的主要区域仍然是传热效果较好的环状流;环状流占据范围会随着操作参数的变化而变化,而最佳的蒸汽质量通量与冷却水质量流量的匹配关系是35 kg/(m^(2)·s)与198 kg/h;换热热流密度会影响环状流转变位置,但不同蒸汽饱和温度下,换热热流密度对环状流占据范围的影响趋势不同。

多通道烘缸水平通道内蒸汽凝结换热的研究

多通道烘缸是解决纸张干燥能耗较高问题的优化方案之一,蒸汽凝结换热是其通道内热量传递的重要途径。本研究对不同凝结条件下多通道烘缸水平矩形通道内的蒸汽凝结换热系数的变化进行了分析。结果表明,蒸汽凝结换热系数随着蒸汽质量通量和冷却水雷诺数的增加而增加,但凝结水换热系数会随冷却水雷诺数的增加而发生波动;通过增加蒸汽质量通量可以实现水平通道内更好的换热性能,当蒸汽质量通量设为24 kg/(m^(2)·s)时可以避免过度的两相流压力降。采用现有凝结换热关联式对凝结换热系数进行计算,并与实验值进行对比,发现Shah(1979)关联式对多通道烘缸水平通道内的蒸汽凝结换热系数具有较好的预测能力。

多通道烘缸及其应用前景

从消除烘缸内冷凝水的角度,对蒸汽烘缸的发展进行概括。由于多通道烘缸不仅能够有效解决烘缸积水问题,而且相比其他措施具有多方面优点,因此,详细介绍了多通道烘缸的原理、结构及优点,分析了其应用前景。

造纸机多通道烘缸干燥机理的分析与研究

介绍了多通道烘缸的基本结构、工作原理及其干燥过程,并结合传质传热理论,对多通道烘缸的干燥机理进行了初步的探索与分析。

多通道烘缸的传热模拟及优化

目前造纸机烘缸大多采用虹吸管式冷凝水排出装置,由于受烘缸积水的影响,传统烘缸干燥效率下降,纸页受热不均匀。基于此,对传统烘缸进行改造,设计出多通道烘缸的结构,文章应用FLUNET软件对不同高宽比的小通道进行了传热模拟,得到优化后的小通道尺寸值,结果表明小通道尺寸高、宽均为10 mm时,平均冷凝传热系数值最大,传热效率最高。对多通道烘缸进行尺寸优化有利于提高烘缸传热效率,节约能源。

多通道烘缸通道内气液两相流流型的数值模拟

多通道烘缸矩形通道内的冷凝传热情况很难通过常规静态实验进行研究,为此,本研究采用FLUENT多相流模型中的VOF模型,对旋转状态下多通道烘缸内气液两相流流型和蒸汽冷凝过程进行了数值模拟。通过观察通道内流型、冷凝水体积分数和温度分布,得出了旋转通道内流体流动与传热的变化规律。结果表明,在通道旋转时,离心力与重力的相互作用对气液两相分布的均匀性有影响;通道表面从左到右的温度分布呈现从高到低的趋势;旋转通道中出现了规则分布的环丝状流,与实验结果相比,模拟结果更接近于烘缸的实际运行状态。

基于分布参数模型的多通道烘缸传热模拟

建立了多通道烘缸通道内蒸汽冷凝换热的分布参数模型,分析了不同结构参数对多通道烘缸传热和流动特性的影响。通过对某一纸机的性能进行模拟分析,考察了通道数量及高宽比等参数对蒸汽冷凝换热和流动特性的影响。结果表明:在1个给定的高宽比下,通道数量有一最优值,在该通道数量下,蒸汽恰好完全冷凝成水,且通道中释放的热量与纸张蒸发所需的热量一致;同时,高宽比太小会导致通道设计的精确性增大,而高宽比太大则会使得沿程阻力增加,因此,选择高宽比在1/3~1/6较为合理,所建模型可作为多通道烘缸通道设计的理论依据。

多通道烘缸通道内蒸汽冷凝流动对传热特性的影响

为提高多通道烘缸的换热效率,优化其蒸汽利用率,本研究探究了蒸汽在多通道烘缸通道内的冷凝换热过程,并借助高速摄像机对蒸汽冷凝换热过程进行了可视化观测。在蒸汽质量流速(kg/(m^2·s))与冷却水质量流量(kg/h)两种不同工况下,分析了多通道烘缸通道内气液两相流型的变化情况,研究了通道内蒸汽冷凝换热系数及其沿通道壁面方向压降的变化规律,为多通道烘缸通道内蒸汽的流动与传热机理研究提供了依据。

多通道烘缸旋转试验台的设计与实现

本课题以研究多通道烘缸性能为目的,设计搭建了温度采集、压力采集、图像采集为一体的模拟烘缸旋转的试验台,并对试验台的性能进行了测试。结果表明,在给定压力条件下,通道组件的密封性能良好;在通道旋转状态下,传感器可成功采集通道内的温度及压力变化的数据,并将数据无线传输至计算机中,各数据之间的采集与传输互不干涉;摄像机在高速旋转状态下可清晰采集到通道内部蒸汽冷凝流型。

多通道烘缸在旋转状态下矩形通道内蒸汽冷凝换热的实验研究

本研究以高宽比为1∶3的矩形通道为对象,探究了转速和冷却水质量流量对通道内蒸汽冷凝换热及流动压降的影响。结果表明,当转速一定时,通道的平均换热系数随冷却水质量流量增大而增大,通道的流动压降随冷却水质量流量增大而逐渐减小并趋于稳定;当冷却水质量流量一定时,通道的平均换热系数随转速增大先增大后减小,转速在50~100 r/min时,通道的流动压降随转速增加缓慢下降,转速70 r/min时平均换热系数最大。

多通道烘缸通道截面变化的凝结换热研究综述

在造纸干燥部的革新中,多通道烘缸是一种创新的设计理念。本文介绍了多通道烘缸工作的基本原理和工作方式,综述了小通道在散热研究中的三个研究重点:换热系数、流型变化和压降。探讨了截面变化在通道凝结换热中的重要作用,指出了利用通道截面形状变化可以提高换热系数。从实验、理论和加工三个方面对不同截面形状通道内气液两相流的研究和应用前景进行了展望。