径向热管换热器壳程数值模拟及结构参数优化

利用FLUENT软件,对同轴径向热管换热器壳程进行模拟计算,分析烟气速度、温度及局部对流换热系数沿壳程的变化规律,并寻求换热器结构参数优化值。研究结果显示：换热器壳程,离热管管壁越近,温度梯度越大;烟气流经管束时,在管束尾部形成一个楔形的涡流区,速度在流体出现脱体的地方达到最大;湍流强度在涡流中心区域也达到最大值,中心区域的换热强度明显高于热管两侧边缘处,管束尾部的烟气温度低于管边缘处的烟气温度。将模拟结果与测试结果进行比较,误差在10%以内。通过改变换热器结构参数,对换热器壳程烟气对流换热进行分析研究,得到径向热管换热器结构优化参数：横向管距为114-120 mm;纵向管距为120-125 mm;翅片高度不应高于26.5 mm;翅片间距为6 mm。

同轴径向热管传热特性实验研究

为了解热管径、轴向外壁温度的分布情况及不同充液率条件下热管的换热系数,对新型碳钢-水同轴径向热管在5种不同充液率下的传热性能进行实验研究,分析不同热流密度下热管管壁的温度分布情况;并根据最小二乘法原理,推导热管传热系数与充液率及热流密度的实验关联式。研究结果表明:在实验条件下,50%充液率的热管传热性能最佳;在不同充液率条件下,热管的换热系数相对误差不超过7.92%。

径向热管传热机理实验研究

搭建实验平台,研究径向热管传热机理;根据能量平衡和传热学基本原理,采用等效导热系数法,利用Matlab6.5软件,对实验数据进行多项式回归,得出等效导热系数λeff与充液率R的拟合公式λeff=1 586.1＋47.3R-0.5R2。以等效导热系数为评价指标,分析不同充液率下热管的传热效果。研究结果表明：在低热流密度下,充液率越高,传热系数就越大;在高热流密度下,随着充液率的增大,传热系数增大到一定程度后开始下降;在实验条件下,径向热管的最佳充液率为40%-55%。

同轴径向热管换热器壳程流场数值模拟

基于多孔介质模型和分布阻力方法,引入Al-sanea和Taborek两种阻力关系式模拟同轴径向热管换热器壳程的流场。结果表明:换热器壳程静压沿烟气流动方向呈线性分布;随入口烟气速度的增加,换热器阻力损失增大、压降增大;且随入口烟气速度的增加,压降增加的速率增大。

同轴径向热管的数值模拟

基于不同工况、不同充液率下的同轴径向热管实验结果,利用数值计算的方法对热管内部工质进行模拟研究。研究结果表明:饱和蒸汽在上升过程中受热逐渐成为过热蒸汽,在顶部遇到迎面蒸汽时相互碰撞,流速几乎为零,此时蒸汽换热以导热为主,工质温度达到最高值;蒸汽工质沿径向上升在顶部出现回流现象,冷却水管壁顶部区域速度最低,冷凝速率最大;管壁温度分布由热管底部到热管顶部逐步上升,充液率为50%的热管,当横向坐标在7.5～22.5 mm区间内时,温度接近于线性上升,之后上升幅度变小。数值模拟结果与实验数据基本吻合,其相对误差小于5%。

夹套式径向热管的换热特性研究

根据夹套式径向热管的结构特点,建立夹套式径向热管的一维非稳态数学模型,分析热管输入功率和充液率对热管启动性能的影响,以及对蒸发侧换热系数、冷凝侧对流换热系数和热管总热阻的影响。计算结果显示,充液率的提高可降低热管的最高工作温度,但缩短了热管的启动时间。随着输入功率的增加,热管的工作温度升高,达到稳定状态的时间增加,随着热管输入功率的增加和充液率的增加热管的总热阻减小。另外,建立内管壁面凝结换热模型,并计算沿内管周向液膜厚度的分布以及沿内管周向的局部换热系数。

来流速度分布对径向热管换热器性能影响的数值模拟

利用FLUENT软件对径向热管换热器壳程进行数值计算,研究烟气入射角和速度均匀度对换热器流场、温度场和单位压降换热系数的影响规律。研究结果表明:当来流速度均匀时,入射角增大使热管背风侧回流区发生偏移,下游管束被上游管束尾迹覆盖,减少烟气与管束的碰撞,降低烟气压力损失,换热效率降低,在同一横截面上烟气温度分布较均匀;当来流速度不均匀时,换热器壳程烟气出现明显的高速区与低速区,使温度场均匀性变差,出现低温区,且不均匀因子τ越大,温度场均匀性越差,低温区范围也越大;单位压降换热系数α/△p随烟气入射角的增大而逐渐增大,在45°时达到最大值,此时换热器整体性能最好;此后,随入射角进一步增大,α/△p急剧减小,换热器性能恶化;当因子τ较小时,多股扰流能提高换热器整体性能,而少股扰流将降低换热器整体性能,且因子τ越大,换热器整体性能越差;壳程温度模拟结果与测试结果相比,相对误差在5%以内。

无吸液芯径向热管的传热机理

研究了无吸液芯径向热管的传热机理,由可视化实验推测其换热机理为液体沸腾换热和蒸汽对流换热,在碳钢-水径向热管实验中,所测管壁温度分布证实了以上推测的机理,由实验数据计算沸腾换热量,蒸汽对流换热系数随其流速变化而不断改变,推导出对流换热系数表达式。将换热系数表达式导入计算中,做为传热边界条件,模拟管壁温度以及蒸汽温度和流速。管壁温的计算结果与实验所测值能很好的吻合,这进一步验证了无吸液芯径向热管的传热机理。

偏心径向热管与翅片管换热器性能评价及分析

针对偏心径向热管和翅片管式两类换热器的综合性能评价方法进行了推导,提出了相应的通用方程。从偏心径向热管和翅片管单管出发,将两者进行比较并对热阻进行分析简化,忽略了换热器性能评价中的次要因素,进一步阐述和揭示了偏心径向热管和翅片管两类换热器的传热过程和传热特性。以换热器的结构优化和过程可用能分析为基础,推导了在给定投资费用的前提下两侧换热表面的最佳匹配关系式。根据偏心径向热管和翅片管的传热特点,推导出适用于两者的科学热评价通用公式,并给出了经济性评价方法,从而实现了两种换热器传热过程的结构优化,得到的通用方程与工程计算结果一致。

偏心径向热管技术在焦炉烟气余热回收中的应用

烟气显热占工业余热资源总量的一半以上,在相对恶劣的烟气热源利用过程中,余热回收装置的使用性能尤为重要。针对烟气系统余热热源的特点,分析了传统重力热管余热回收设备存在的问题,在此基础上提出一种新型偏心径向热管式余热锅炉,并在焦炉烟气余热回收工程中进行了应用研究。结果表明,偏心径向热管式余热锅炉在焦炉烟气余热回收过程中获得了较好的余热回收效益,表现出了较好的防低温腐蚀特性,设备可靠性及使用寿命大大提高,在烟气余热回收领域具有较大的应用价值。

径向热管传热的数值计算及结果分析

采用计算流体力学软件首先对无吸液芯径向热管管壁的温度进行数值计算,其次模拟无吸液芯径向热管中蒸汽的层流对流换热的情况,得出其温度场分布和速度场分布,并对结果进行分析。

无吸液芯偏心径向热管传热性能实验

对无吸液芯偏心径向热管进行了实验研究,在不同加热热流密度、充液率和工作温度下测量了偏心径向热管换热性能.结合偏心径向热管内特殊的结构和热管换热机理,分析了偏心径向热管换热特性产生的原因.最后采用多元线性回归方法分析了径向热管的当量内热阻关系式,为工程设计和应用提供了依据.

无吸液芯径向热管换热分析及换热系数计算

本文主要根据采集的各种实验数据计算了径向热管总换热量、沸腾换热量、径向热管总换热系数以及总换热热阻,推导出对流换热系数关联式。

无吸液芯碳钢—水径向热管的实验研究

首先对径向热管的启动性能进行研究,并测定热管的启动温度,其次在不同工况下,进行了径向热管传热性能实验,采集了热管壁各测温点的温度数据,最后对实验中的数据做了处理。

无吸液芯径向热管的温度特性

围绕径向热管的等温性能,对无吸液芯径向热管的外管壁面和内管壁面的温度特性进行了实验研究,分析了不同充液率和不同控制温度下,无吸液芯径向热管管壁的温度分布以及径向热管的换热机理。通过实验研究发现,径向热管轴向不仅具有良好的等温性能而且具有良好的温度稳定性;由于热管本身比较大的等效热容,使得径向热管对温度波动具有明显的衰减作用。

重力式竖置径向热管的传热性能试验

在不同加热功率、不同充液率情况下,对竖直放置的重力式径向热管分别进行了内管内表面加热外管散热和外管外表面加热内管散热两种方式的启动性能和传热性能试验。结果表明:竖直放置径向热管在内部没有设置吸液芯的情况下也能工作,且具有良好的启动性和均温性。在内管内表面加热外管散热的情况下,热管启动时间随充液率的增加而增加;在外管外表面加热内管散热的情况下,随充液率的增加,热管的启动时间先减小后增加,充液率分界点为40%。

径向热管省煤器工作原理与在硫酸装置中的应用

针对硫酸装置使用的分离套管式热管省煤器 (废热锅炉 ) ,被加热的水易漏入含SO2 烟气中 ,造成设备腐蚀、系统停车。介绍了径向热管的工作原理 ,分析了径向热管省煤器的特点。实践证明径向热管省煤器运行可靠性高、传热性能好、占地面积少 ,并列出其有关技术参数。

基于Matlab的工业炉径向热管稳态数学模型构建

基于工业炉径向热管稳态数学模型构建,深入探究了热管传热具体过程,推导出了热管内部工质质量守恒状态下充液率与蒸汽温度的拟合关系,并通过热管热平衡计算分析设计了稳态数值计算程序。通过实验与模拟数据对比分析,结果表明,实验与模拟数值之间的最大均误差为1.62%,严格控制于10%之内,说明所构建稳态数学模型的数值模拟结果准确性较高;基于不同输入功率条件下沿管长局部换热系数分布状态,得知液膜累积越厚,则相应壁面位置局部换热系数越小,局部换热系数的最大最小值差异非常大,代表液膜所生成的热阻,可促使热管稳态传热效率下降,以此径向热管启动响应变得越来越慢。

入射角对径向热管换热器性能影响的数值模拟

利用FLUENT软件对径向热管换热器壳程进行模拟计算,在入口烟气质量流量不变的基础上,在0°～65°范围内逐渐改变烟气入射角,分析换热量、压降和单位压降换热系数的变化规律。结果显示:随着烟气入射角的增大,入射角小于45°时,换热量偏差基本不变,压降偏差逐渐减小,而单位压降换热系数逐渐增大,并在约45°时达到最大,此时换热器整体性能最好;大于45°后,换热量偏差明显增大;压降偏差急剧增大,压力损失增加,而单位压降换热系数急剧减小,换热器性能恶化。将模拟结果与测试结果进行比较,误差在5%以内。

径向热管换热器壳程压降数值模拟及参数优化

通过对径向热管换热器壳程压力场的数值模拟,分析入口烟气速度对换热器压降的影响规律,并对换热器结构参数进行优化。结果表明:换热器迎风侧压力高于背风侧压力,沿烟气流动方向压力逐渐降低且呈线性分布;换热器压降随入口烟气速度的增加而增加,且其增加速率也相应增大。通过改变换热器结构参数,对换热器壳程压降进行分析研究,得到其结构优化参数:翅片高度小于26.5mm,翅片间距大于6.5mm,热管横向间距108～111mm,纵向间距120～125mm。