折弯弓形折流板换热器流动换热性能研究

为了提高折流板换热器的换热性能,改变了折流板换热器的折弯夹角和折流板间距,利用ANSYS Fluent对换热器壳程流体流动与换热过程进行模拟,分析了不同折流板折弯夹角α(110°,135°,170°和180°)、折流板间距(250,300和350 mm)和雷诺数(10000,20000和50000)对换热器壳程压力、速度和温度的影响。结果表明:增大雷诺数对改善流动死区有很大的作用,雷诺数为50000时的流动死区相对于雷诺数为10000时面积减小较大;随着夹角α的减小,折流板背流侧的流动死区面积逐渐减小、换热器的表面传热系数和进出口压降力越大,夹角α为110°时出口温度最小、进出口压降最大,夹角α为135°时PEC最大且换热器综合性能最优;折流板间距增大,压力变化梯度减小,压差变化幅度减小,壳程出口温度变化不成正比关系,间距为300 mm时出口温度最低。

弓形折流板换热器流动与传热性能的数值模拟

为了探究折流板结构对换热器整体性能的影响,课题组通过FLUENT模拟分析弓形折流板板间距以及缺口高度占比这2个关键变量,得到不同条件下换热器流场和温度场的分布情况,并以换热系数h、压降ΔP以及综合性能参数η作为换热评价指标,研究了不同结构参数对换热性能的影响,并分析了2个关键变量之间的关联性。结果表明:随着板间距的减小,流动与传热“死区”区域变小,换热系数及壳程压降增大,板间距较小的换热器在低入口速度工况下综合性能相对较好;当板间距为185 mm时,换热系数和压降随板缺口高度占比的增大而减小,此时选择缺口高度占比为0.30可获得较佳综合性能;另外,通过研究2个变量间的关系发现板间距较小时应选择相对较大的缺口高度占比以保证其较优性能。

管壳式换热器弓形折流板的结构优化

为研究某高温烟气急冷器空气二次冷却系统的流动与传热特性,建立了管壳式换热器简化模型,运用ANSYS软件进行数值模拟,分析了折流板数量、相对缺口高度、折流板间距和换热器进出口管布置方式对换热器性能的影响。结果表明:折流板数量越多,相对缺口高度越小,换热器压降越大,换热系数越大,综合性能指标越小;高温区域折流板间距小、低温区域折流板间距大的换热器比等间距折流板换热器平均换热系数提高了4.3%,平均综合性能指标提高了2.3%;空气出口管布置在热流体进口侧比布置在热流体出口侧平均换热系数提高了6.5%,平均综合性能指标提高了4.3%。

换热器内逆向折流板对螺旋管传热性能的影响

为了提高换热器的综合传热能力,以逆向折流板螺旋管(RBST)换热器为研究对象,通过改变折流板与螺旋管的安装方式,获得了更高综合传热性能的RBST换热器;采用双向流-固耦合的计算方法,研究了不同流速和不同结构方案下流体诱导螺旋管振动对RBST换热器综合传热性能的影响,并探讨了螺旋管振动的有效性。结果表明:当RBST换热器内的折流板与螺旋管采用间隙安装时,螺旋管的振幅随入口速度的增加而增加,但其振动频率始终保持不变;螺旋管振动能够增强RBST换热器的综合传热性能,但是强化传热评价指标最高仅为1.0303,效果并不显著,且振动强化传热效果会随着入口速度的增加而削弱;当RBST换热器内的折流板与螺旋管采用无缝安装时,换热器综合性能评价指标最高为1.018,这既延长了螺旋管的使用寿命,又提升了换热器的综合传热性能。

基于换热器工作特性的新型折流板结构优化研究

以石化行业制备聚乙烯过程中的导热油换热器为研究对象,通过流场仿真的方法对换热器壳程和管程介质之间的换热过程进行数值模拟并对其结果进行试验验证,探讨了新型折流板不同结构参数对换热器壳程传热系数和综合指标的影响规律。使用正交试验设计的方法对新型折流板的结构参数进行了优化并获得优化目标的回归模型,进而得到新型折流板的最佳结构尺寸。结果表明:新型折流板换热器的最优结构参数H/D为0.633,W/D为0.595,L/s为0.347;优化后的新型折流板换热器的综合指标较初值提高了25.9799(16%),明显提升了导热油换热器的传热性能。

螺旋角对六分型螺旋折流板换热器换热性能的影响

为探究螺旋角对六分型螺旋折流板换热器换热性能的影响,采用数值模拟的方法,以液态水为工作介质,对六分型螺旋折流板换热器在不同流量下的换热性能进行研究,分析螺旋角变化对于传热系数和换热综合性能的影响。结果表明:随着螺旋角的增大,换热管沿轴向的表面热流密度逐渐减小,壳程传热系数和压降也随之减小;换热综合性能指标h s/Δp和h s/Δp 1/3随螺旋角增大而增大,而在螺旋角β=25°的条件下,h s/Δp和h s/Δp 1/3显著下降。由此可知,选择较大螺旋角能够获得较好的换热性能。上述研究结果可为六分型螺旋折流板换热器的工程应用提供参考。

螺旋折流板换热器的研究进展

螺旋折流板换热器是管壳式换热器的一种,相比弓形折流板换热器具有诸多优势。本文介绍了螺旋折流板换热器的研究进展,总结了螺旋折流板换热器的结构(如螺旋角、螺距等)与换热器的性能(如压降、传热系数等)之间关系的研究成果,提出了可提高换热器性能的新型结构及设计方法。

管壳式换热器折流板开孔流场特征及场协同分析

折流板是管壳式换热器最主要的结构之一,但流体介质容易在折流板背风侧产生一个相对静止的“流动死区”,影响换热器壳程的换热效果。因此,本文利用Fluent对换热器壳程折流板进行开孔研究,分析流体流动特征,同时利用场协同分析的方法对其进行了验证分析。结果表明:折流板开孔可有效减小换热器壳程背风区的“流动死区”,达到强化传热的效果。

螺旋折流板换热器传热和流动性能分析

利用CFD分析软件FLUENT,研究10度螺旋角条件下,六片式螺旋折流板换热器和常见四片式螺旋折流板换热器传热和流动特性,并与双弓形折流板换热器进行对比。采用冷膜试验与CFD模拟进行对比,验证两者研究结果的异同,总结流场规律。CFD模拟和冷膜试验结合进行工程研究,为螺旋折流板换热器优化设计提供一定参考依据。

基于CFD的弓形折流板对管壳式换热器性能影响研究

应用标准k~ε模型结合壁面函数法对单弓形、双弓形折流板管壳式换热器规内部流场进行了数值模拟,以SIMPLE方法对压力场和速度场耦合计算。采用数值模拟和物理模型实验相结合的方法,对单弓形管壳式换热器计算模型同尺度的物理模型进行了实验,并与数值模拟的结果进行比较。在此基础上,对两种形式的管壳式换热器内部流场进行了分析,为管壳式换热器的优化设计和研发提供理论依据。

带螺旋折流板的中空换热器振动和传热特性分析

为改进换热器内螺旋传热元件的振动均匀性及提高换热器的综合传热性能,提出一种带有螺旋折流板(hollow helical baffle,HHB)的中空换热器,采用双向流固耦合计算方法,研究了入口流速及折流板安装位置对换热器振动及传热特性的影响。结果表明:带螺旋折流板的中空换热器可有效均衡振动特性,提高传热特性;增加入口流速,传热元件振动幅值和换热系数增大;折流板安装在换热器上部时,平均振动幅值最大,平均传热系数最小,传热均匀性最好;带螺旋折流板中空换热器的PEC(performance evaluation criteria)值大于1,实现了强化传热的效果,折流板安装在换热器的下部、上部、左部和右部时换热器的PEC值比传统螺旋弹性管束换热器的PEC值分别提高了2.04%,7.87%,1.32%和0.03%,折流板安装在上部时PEC值最大,综合传热性能最好。

小孔混流折流板换热器壳程传热性能研究

传统弓形折流板换热器在折流板背流侧存在“流动死区”,会减小壳程传热效率。为降低“流动死区”的影响,提出小孔混流折流板结构,并建立小孔型混流折流板换热器有限元模型,研究小孔位置和数量对换热器壳程传热性能的影响。结果发现,壳程流体在折流板小孔处会形成射流,增强了附近流体的湍流程度,减小了“流动死区”的范围,提高了壳程传热效率。在研究范围内,随着折流板小孔位置向缺口处移动,壳程强化传热能力先增强、后减少。壳程强化传热能力最强的小孔位置靠近折流板缺口,相比没有小孔的传统折流板换热器,此时的努塞尔数提高了17.02%,压力降减少了3.58%。同时还发现,折流板小孔数目越多,虽然壳程流体的流动阻力越小,但换热效率变化不是单调的,意味着折流板的小孔布孔方案存在优化设计空间。

折流板间距对换热器换热性能的影响

换热器是化工领域一种非常重要的设备,在化工、石油、食品等行业中有着广泛的应用。文章运用Fluent17.0软件对换热器在不同折流板间距下的换热性能进行了数值模拟。结果表明,折流板间距在100~300 mm的范围内,随着折流板间距的增大,“流动死区”区域增大,压降减小,对流换热系数呈现下降趋势,而单位压降的对流传热系数、单位泵功率对流传热系数以及JF因子等指标,都逐渐增大,上述研究结论可为换热器实际工程中的变化趋势提供依据。

折流板对改进型平面弹性管束换热器传热特性的影响

基于传统平面弹性管束(plane elastic tube bundle,PETB)换热器,通过进行结构改进,提出了一种改进型PETB换热器。研究了折流板结构参数(高度和弧度)对改进型PETB换热器传热特性的影响。结果表明:随着折流板高度增加,内部传热元件的振动强度减小,传热元件的振动强化传热性能和换热器的综合传热性能均提高。当比例因子由0.70增加到0.80时,监测点的振动幅值降低7%以上;振动条件下传热元件的平均努赛尔数提高5.50%,换热器的综合传热性能评价指标(performance evaluation criteria,PEC)提高1.42%。折流板弧度的变化影响传热元件的振动强度和传热性能,当折流板弧度为10°时,监测点的振动最剧烈,传热元件的振动强化传性能和换热器的综合传热性能均最高。与弧度为0°和20°相较,监测点的振幅最大分别提高6.27%和6.63%;振动条件下传热元件的平均努赛尔数分别提高2.91%和2.78%,换热器的综合传热性能评价指标PEC分别提高0.83%和3.23%。

新型六分扇形螺旋折流板换热器壳程传热及流动特性

针对现有四分螺旋折流板换热器中心区域漏流明显的特征,提出了一种新型的六分扇形螺旋折流板换热器。建立了六分扇形螺旋折流板换热器的三维物理模型,应用Ansys CFX软件对其壳程流动与传热特性进行数值模拟,分析了不同螺旋角(10°、20°、30°、40°)和不同工况下六分扇形螺旋折流板换热器的壳侧性能,并与传统的弓形折流板换热器作对比。结果表明,六分扇形螺旋折流板可以显著减少三角区漏流现象的发生,壳程流体旋流特性较好。随着螺旋角的增大,壳侧速度场与温度场分布更加均匀,综合换热性能逐步提高。

螺旋折流板菱形翅片管换热器的传热与流阻性能

Experimental investigation of heat transfer and flow resistance performance on heat exchanger with lozenge fin tubes supported by helical baffles was carried out. Under the experimental conditions,curves of relation between heat transfer film coefficient and flow velocity,relation between flow resistance coefficient and velocity were obtained,which provides references for industrial application of this type of heat exchanger. Experimental results indicated that within the range of diesel oil flow velocity 0.22-0.85 m·s -1,heat transfer film coefficient in shell side of heat exchanger with lozenge fin tubes supported by helical baffles was 512-1378?W·m -2·K -1,which was 54%-108% higher than that of heat exchanger with smooth tubes supported by helical baffles,while flow resistance coefficient was lower by 5%-30%,which showed that heat exchanger with lozenge fin tubes supported by helical baffles had favorable heat transfer and flow resistance performance.

弓形折流板换热器中折流板对换热器性能的影响

文采用Bell-Delaware换热器设计方法研究了传统弓形折流板换热器加热轻油时在不同管束排列角度下,改变换热器壳侧折流板间距以及改变折流板的窗口高度对管壳式换热器的壳体内径、换热管数目、壳侧换热系数及壳侧压降的影响.

螺旋折流板与弓形折流板换热器的性能比较

针对螺旋折流板换热器的折流板的角度提出了一些改进措施。在自行设计的换热原理试验台上,5#柴油走壳程,水走管程,分别对12°,18°的单螺旋和18°的双螺旋折流板和弓形折流板换热器的阻力和传热性能进行了试验研究。试验结果表明,螺旋折流板阻力只有弓形的30%,此外,在同样的压降下,螺旋折流板传热效率也提高10%。

螺旋与弓形折流板换热器性能对比及螺旋角优化

对螺旋角为12、18、30、40°的螺旋折流板换热器进行传热和压降性能测试。应用英国传热协会的Tasc3软件对弓形折流板换热器的运行情况进行了模拟,得到了相应结构下的总传热系数和压降值。通过数据的计算整理,在相同流量下,进行了不同螺旋角的螺旋折流板换热器与弓形折流板换热器在单位压力降下总传热系数的对比,同时对12、18、30、40°螺旋角的螺旋折流板换热器的壳程膜传热系数及压降进行对比研究,优化螺旋角。实验结果表明,实验用12、18、30、40°螺旋角的螺旋折流板换热器的总传热系数要比相应结构下的弓形折流板换热器高59.48%以上,研究表明,实验条件下,18°螺旋角的螺旋折流板换热器的综合传热性能要优于12、30、40°螺旋角的螺旋折流板换热器。

单弓形和螺旋形折流板换热器的数值模拟及性能分析

运用CFD数值模拟方法对比了相同操作参数单弓形折流板换热器和螺旋形折流板换热器的性能,并对不同介质下两种折流板换热器壳程的流动阻力和传热效果进行分析比较。结果表明,螺旋形折流板换热器的传热性能明显优于单弓形折流板换热器,而且壳程压力损失更小。