管内扰流元件的强化传热原理与性能指标研究进展

扰流元件是一种简易、有效的强化传热方法。扰流元件主要应用于管壳式换热设备的换热管内,通过对管内流体的分流与旋流作用,使管内流体边界层变薄,污垢沉积始终处在较低水平,增大流体的管内对流传热系数,从而到达强化传热的效果。本文综述了多种扰流元件的国内外研究进展,并阐述了它们产生强化传热的机理、结构特点及适用场合。应用综合考虑扰流元件的强化传热效果与引起压力降增加的方法,比较了各种扰流元件的优缺点。总结了扰流元件的性能指标参数及其计算方法。总结了计算流体力学软件与冷模实验相结合的方法以及这种方法的应用场合。结合作者设计扰流元件的实践经验,给出了工程应用时计算流体力学软件与冷模实验相结合的实验方法以及扰流元件的选型设计方法与步骤。

插入扰流元件换热管强化换热效果分析

设计了一种新型插入扰流元件管式换热器,并依据相关文献的模拟数据将其与波纹管、光管在不同流速下的管内壁面平均传热系数、换热量、平均Nusselt数以及摩擦阻力的变化特性进行了分析比较。结果表明:插入扰流元件换热管在强化换热能力的同时其压力损失也会很大,所以在实际应用过程中选取插入扰流元件换热管时一定要考虑其经济性;在泵功率消耗一定时,插入扰流元件换热管的热效率与波纹管的热效率很接近。但插入扰流元件换热管在制造工艺上具有加工方便、固定灵活等优点,比较适合对现有换热器的改造。所以,该种热管同样具有广泛的应用价值。

对换热器管内扰流元件的强化传热原理和性能分析

目前,换热器管内强化传热技术在各个工业项目中都有着广泛的应用。在当代工业中对管内换热技术的研究,有利于节省工业成本,对提高其经济效益具有重要的意义。对于管内强化传热技术,扰流元件是一种应用比较广泛的强化传热方法。它是一种比较简易的且非常有效的强化传热方法。扰流元件是应用于管壳式换热器管内部,对管内流体有分流和旋流的作用,通过扰流元件对管内流体的作用,使得管内部流体的边界层有效的变薄,并且能够使管内污垢始终处于较低的水平,增大了管内的传热系数,有效地增大强化传热的效果。本文对换热设备管内扰流元件的工作机理进行了深入的剖析,并对管内扰流元件的性能指标进行了探析。

波浪形扰流元件对管翅式换热器传热及压降的影响

为了进一步提高管翅式换热器在气体侧的传热性能,在矩形扰流元件对管翅式换热器强化传热以及压降影响的基础上,对特殊的波浪形扰流元件案例进行了数值分析。对比分析了1000~1400雷诺数范围内,矩形、上波浪形和下波浪形扰流元件以及无扰流元件案例对气体侧的传热特性以及压降的影响。结果表明:管翅式换热器的传热性能受扰流元件形状的影响较大,且在相同雷诺数下,采用下波浪形扰流元件可以显著增强气体侧的传热性能,同时又使得气体在流动过程中具有相对适中的压降。

内插动态叶轮式扰流元件对管内传热影响的实验研究

以边界层理论作为指导,探究换热管内插入扰流元件后的强化传热情况及能耗分析.实验开发了一种新型动态叶轮式扰流元件,探究叶轮个数对传热效果的影响,并与光滑空管作对比实验,考察扰流效果及换热情况.实验结果表明:新型动态叶轮式扰流元件具有较好的强化传热效果.

圆柱形扰流元件强化传热的研究进展

对已有插入圆柱形扰流元件强化传热成果进行了系统归纳,总结了国内外对于单圆柱和多排排列圆柱及其结果排列对强化传热影响的研究现况,阐述了数值模拟方法及实验方法对圆柱绕流换热研究结果,并根据现有成果展望了今后插入圆柱形扰流元件强化传热问题的研究方向。

一种扰流元件对换热器传热性能影响探究

扰流元件可插在换热管内,适用于各种工况,如空分装置、石油行业炼化、制冷工程等领域。采用FLUENT软件的标准湍流模型对换热器进行三维数值模拟仿真,对比研究了换热管内插扰流元件后,随着中心直径改变,流场内温度场、速度矢量场以及压力场的变化。随着扰流元件中心直径的增大,冷流压降变化不大,热流压降随中心直径增大而减小。直径为3 mm时压降最高,为35752.2 Pa;直径为6 mm时压降最低,为18443.4 Pa,相比于无管内扰流元件时,中心直径为4 mm时换热量最高,为413.97 kW,换热量增加了144%。

微小扰流元件对阵列冲击冷却流动换热的影响

通过实验方法,开展了Re数,冲击高度Z/D,微小扰流元件高度对阵列冲击冷却流动换热特性影响的研究。微小扰流元件的形状为长方体,尺寸为0.4 mm×0.4 mm(长×宽)。冲击孔直径D=4mm,孔间距X/D=Y/D=4,冲击距离Z/D的范围为0.75和3,微小扰流元件高度的范围为0.05D、0.2D、0.4D.对于冲击距离Z/D=0.75,Re数(基于冲击孔直径)的范围为2500～10000;对于冲击距离Z/D=3,Re数范围为5000～20000.结果显示,在微小扰流元件存在的情况下,换热系数显著增强,在本文实验工况下,换热增强达到30%～120%,同时,出流系数基本不变.

换热管内插扰流子的数值模拟研究

针对强化换热时较难避免的压降损失问题,以数值模拟为手段,对比分析了换热管中安装V字折流板(V-baf)、柱状扰流子(C-rod),以及旋流子(S-gen)等扰流元件后,流体流动和换热情况。结果表明:扰流元件的加入,可以一定程度上强化传热;总结文献中已有的换热性能评价标准,综合考虑换热强化和压降损失,发现PEC(Performance Evaluation Criterion)是一种容易理解、易于计算的评价指标;经过对比3种扰流子的换热效果,其中旋流子诱导管内流体产生旋转流动,旋转流动可以使得流体在径向发生混合,增大核心区流体温度均匀程度,符合二次流强化与核心流强化原则;同时,旋转流动持续距离长,可以保持较长距离不衰减,换热综合效果较好。

高湿环境下盐雾气溶胶混匀装置研究

为了提高航空发动机腐蚀敏感性试验考核的一致性,并考虑试验要求盐雾气溶胶粒子的粒径、所处的环境参数以及评价标准的特殊性,进行了高湿环境下的盐雾气溶胶混匀研究。通过对混匀装置的气动设计和结构设计,提出采用多孔注入技术结合扰流元件的混匀装置,其中多孔注入器的结构有效地结合了多点注入和圆柱扰流的作用,实现了初始截面气溶胶浓度的快速均混。采用海洋大气中典型微粒盐雾气溶胶作为粒子源对多孔注入器单体和组合式混匀装置进行混匀性能测试。试验结果表明在典型海洋高湿盐雾环境下,多孔注入器5倍风道等效直径的距离内可以快速实现盐雾含量混匀,截面均匀性满足≤10%;而组合式的混匀装置可以进一步提升了截面属性的均匀性,其中盐雾含量的均匀性4.6%,风速均匀性6.6%,截面温度1.7%。

燃气轮机高温叶片内部冷却技术概述

综述了燃气轮机典型的内部冷却结构和设计手段。通过文献分析,提出内部冷却典型强化换热手段包括带肋通道冷却、扰流柱冷却和冲击冷却,重要设计手段包括一维管网和三维数值优化。管网计算基于实验总结的经验公式,计算效率高,关键在于动量方程的求解算法;三维数值优化可以降低设计对人工经验的依赖,关键在于合理选择优化目标和优化算法。分析表明,旋流等新的强化传热形式、微型冷却等新的叶片冷却模式、旋转和真实通道几何对内部冷却详细传热和流场的影响都将得到进一步研究,叶片设计技术将由人工经验性的设计逐渐向计算机自动化方向发展。

齿边穿孔扭带对管内强化传热的实验研究

研究新型扰流元件--齿边穿孔扭带插入换热管中强化传热的情况,考察影响传热效果的三个因素:孔径、孔距、扭矩。并通过对比实验,分析在换热管中分别插入齿边穿孔扭带、穿孔扭带与无孔扭带时,强化传热的效果。

二次流对SOFC燃料电池电化学反应的影响机理研究

功率密度低是制约固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)广泛应用的瓶颈问题之一,SOFC流道内的二次流特性对其功率密度有重要影响。本文建立了考虑二次流效应的SOFC多场耦合模型,模拟了二次流对SOFC多孔电极内燃料各组分浓度分布、电流密度分布和压降损失的影响,提出了表征二次流传质特性的多孔电极表面速度旋度及佩克莱数。研究结果表明:二次流形成垂直于多孔电极表面的速度,使进入多孔电极的燃料量显著增加,促进了多孔电极内的重整反应与电化学反应。在SOFC多孔电极表面平均佩克莱数达到0.0145时,燃料中甲烷重整率为72.3%,功率密度可提升23.8%。

亚微米颗粒湍流团聚特性的实验研究

燃煤电厂亚微米颗粒物排放是造成大气环境污染和影响人体健康的重要因素。本文搭建亚微米颗粒湍流团聚实验平台,通过场发射扫描电镜(FESEM)对亚微米颗粒的团聚形貌进行微观表征以及扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)对亚微米颗粒团聚前后的粒径分布特性进行宏观测量。结果表明:亚微米颗粒湍流团聚形成多分叉颗粒树聚团结构,进口流速为0.8?5.3m/s条件下,PM1和PM0.1的脱除效率分别为5.6%?18.6%和7.0%?21.4%,且PM1和PM0.1的脱除效率曲线随速度变化呈现二次函数规律。