基于Aspen EDR的管壳式换热器工艺选型设计教学实践

管壳式换热器工艺选型设计是化工过程中设备设计的重要环节之一。为了避免手工计算中繁琐的计算和复杂的校核问题,以无相变的乙醇冷却器为例,探讨Aspen EDR软件在管壳式换热器工艺选型设计中的实践应用。通过Aspen EDR软件的教学示范,激发学生学习积极性和主动性,提升学生运用理论知识分析和解决复杂化学工程问题的能力,强化专业软件应用能力。

基于中低温相变材料的管壳式储热单元传热性能数值分析

针对管壳式相变储热单元换热效率低的问题,设计一种带有径向矩形翅片的复合盐管壳式相变储热单元,进行数值模拟并与实验研究对比验证,然后选择适当的性能指标分析模拟结果。采用ANSYS FLUENT进行三维瞬态仿真,改变换热流体入口温度及储热单元翅片间距进行储热过程的数值计算,对相变材料温度变化、传热过程及熔化情况进行对比分析。结果表明:提高换热流体温度和缩小翅片间距是有效强化换热的手段。在本工作中,换热流体与相变材料复合盐CH_(3)COONa·3H_(2)O-KCl相变温差每增加5℃,相变材料熔化速率分别提升54.98%、 34.67%、 23.92%、 18.13%、 14.45%,潜热储热速率分别提升61.56%、 45.79%、 35.15%、27.04%、22.31%,速率提升效果均逐渐减弱。翅片间距每缩短10 mm,相变材料熔化速率分别提升32.37%、41.26%、38.66%,储热量随之减少6.40%、11.95%、6.55%,储能密度降低0.53%、10.97%、1.57%,实际应用中需综合换热能力、成本等方面问题选择合适的翅片间距。本工作可为实际工程中储热单元的设计优化提供理论支持。

基于内管移动的卧式管壳式相变储热器储热性能优化研究

相变储热技术能够实现对固态储放氢过程热量的回收和供给,实现固态储氢罐内的自热平衡,提高储放氢性能。研究针对卧式管壳式相变储热器,提出了一种新型的内管偏心放置绕中心轴线旋转的运动方式,采用Fluent数值模拟软件,基于动网格技术编写了用户自定义函数UDF,重点研究了内管偏心距离与旋转速度对储热性能的影响。结果表明:与传统中心内管静止布置相比,偏心内管的旋转运动能够显著提高储热性能,当偏心距离为9 mm,旋转速度为0.10 r/min时,储热时间达到最小值,储热时间减少了92.16%,时间平均储热速率是内管静止布置的11.51倍;当偏心距离为9 mm,旋转速度由0.30 r/min减少至0.10 r/min时,储热时间减少了13.57%;当旋转速度为0.10 r/min,偏心距离由3 mm增至9 mm时,储热时间减少了70.48%。该研究结果可为卧式管壳式相变储热器在储氢领域的性能优化研究提供新思路。

管壳式换热器换热管强化传热研究

研究了油库夏季高温导致的油气回收工艺中吸附罐回收率低、吸收塔解吸效率低、油气回收系统能耗过高以及安全隐患较多等问题。将温度较低的地下水作为冷却水,从实践的角度构建多种强化传热结构的管壳式换热器并采用CFD的方法对其热力学与水力学性能进行多方面探究。结果表明当油气在管壳式换热器壳程中流动时,热流可以获得更好的冷却效果;油气在壳程流动时,CIRF型换热管具有最佳的热力学性能,RAW型换热管具有最佳的水力学性能。综合油气回收工况与计算结果配置CIRF型换热管的管壳式换热器在油气回收工艺中有着较强的适用性,其可以在有效提高油气的冷却效果的同时兼顾换热器的水力学性能。

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%。

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。

梯度硅铝管壳回流焊接快速冷却热力仿真研究

针对某航天电子管壳焊接组件冷却过程中的热力耦合影响问题,建立了焊接组件的有限元热分析模型,研究了在快速冷却过程中梯度材料分布对低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic,LTCC)基板、梯度管壳的残余应力和变形的影响。以不超过基板断裂强度为前提条件,以降低管壳整体的残余应力与变形为优化目标,采用了多因素变换优选法,确定了管壳材料的最优梯度分布方案,即合金管壳自上而下的梯度分布为Al-35Si、Al-42Si、Al-50Si、Al-60Si、Al-70Si。其中,Al-35Si厚度为2.5mm,Al-42Si与Al-60Si的厚度均为1.6mm,Al-50Si厚度为0.8mm,Al-70Si厚度为2mm。在该方案下,LTCC基板冷却至室温时的最大变形量为4.86μm,最大第一主应力为6761MPa,远小于LTCC材料的断裂强度320MPa;管壳冷却至室温时的最大变形量为18.291μm,最大残余应力值为20.46MPa,远小于管壳材料的屈服强度100MPa。管壳各层之间的应力集中现象不明显,管壳的整体焊接质量得到提升。

管壳式换热器典型失效分析及应对措施

实际运行过程中,变压吸附装置管壳式换热器发生泄漏、腐蚀等情况,分析其故障发生的具体原因,提出材料选型、工艺指标监控、密封垫改进等改进措施,解决管壳式换热器出现的故障,并取得了良好的效果。

压缩机级间管壳式换热器设计与软件开发

管壳式换热器在各工业领域应用广泛,但其壳侧结构较为复杂,其传热与流动状态难以预测,且设计过程涉及大量的计算、图表及标准规范,导致设计周期长、费时费力。研究针对压缩机级间管壳式换热器进行了详细合理的设计与热工计算,确定了管壳式换热器热负荷、换热面积、传热系数等结构与热力参数;并基于MATLAB技术开发了压缩机级间冷却器的设计与校核软件,提高了设计人员的工作效率与换热器设计精度;最后针对一种工程案例,完成了对压缩机级间冷却器的设计计算。

双管程管壳式换热器的流动与传热机理分析

为探究双管程换热器内部流体的流动与传热机理,建立单管程、双管程换热器的数值计算模型,分析单管程、双管程换热器性能的异同,并探究了不同折流板配置下的双管程换热器内部流体的湍流流动和传热特性。研究结果发现,双管程换热器的管程压降远大于单管程换热器,其管程流体在由第一管程进入第二管程时,会有较大的逆压梯度,在管程封盖中部分流体从主流流体中分离,形成涡流和流动死区,三种不同折流板配置的双管程换热器中,螺旋流换热器的壳程流体混合地较为均匀,并取得了优良的壳程综合性能。研究内容可为双管程换热器的性能优化提供指导,也为热力系统中换热器的选型和结构优化设计提供了理论参考。

不同折流板配置下的管壳式换热器壳侧性能分析

在管壳式换热器中,不同的折流结构会诱导壳程流体产生各异的流态,导致其性能产生差异。研究了弓形板、盘环板、折流杆、整圆板、花隔板、螺旋板6种折流结构配置下的管壳式换热器壳侧的流场分布、温度分布、传热性能和阻力性能。研究发现:折流杆换热器和螺旋板换热器的流场、温度分布最为均匀,这两种折流结构改善了流场分布,克服了流动死区,有利于热量的均匀传递,其中,螺旋板换热器传热性能最强,折流杆换热器阻力性能最优;壳侧流场均匀化能够提高壳侧均温性,同时改善换热器的热工与水力性能。本研究可为热力系统中换热器的应用和选型提供理论参考,为换热器的优化设计指明方向。

核级管壳式换热器密封垫片非线性分析研究

采用有限元分析方法对核级管壳式换热器法兰螺栓连接结构的密封性能进行了研究。考虑垫片的非线性材料特性,应用ANSYS建立了有限元参数化模型,通过非线性分析提取密封垫片上的压应力,与垫片密封比压和垫片系数比较,直观地验证结构的密封可靠性。对影响垫片密封性能的垫片位置和垫片宽度等参数进行了敏感性研究,垫片位置趋于密封面内侧、垫片宽度减小,密封性能越好。

管壳式换热器换热过程对温度波动控制的影响模拟

管壳式换热器管道中不同流速和不同流体密度的物质在流动过程中会引起流体不平衡,换热过程复杂,导致部分管道内液体温度出现波动,影响温度控制效果。为了确保管壳式换热器的出口温度达到生产需求,针对管壳式换热器换热过程对温度波动控制的影响模拟进行研究。首先分析管壳式换热器的换热过程,在假设条件下获得管道内壁与换热油、管道内壁/外壁和金属外表面间的换热关系;然后根据换热分析结果建立管壳式换热器的传递函数,量化换热过程;结合换热过程和PID算法,建立管壳式换热器换热过程对温度波动控制的影响模型。模拟实验结果表明:该模型在分析控制精度、超调量和控制效率方面表现出良好的性能。

管壳式换热器换热管偏心现象对传热性能影响研究

在管壳式换热器中,换热管和折流板之间存在板管间隙,在其安装使用过程中换热管总是不可避免地偏离折流板孔径中心位置,形成换热管偏心现象。利用CFD软件FLUENT进行数值模拟,研究不同情况下壳程与管程的流动与传热特性。在计算中采用标准k-ε模型,SIMPLE算法和压力方程为标准格式。从管壳式换热器出口介质压力降、温度和?传递有效度三个方面分析换热管偏心现象对传热性能的影响,将模拟结果引入换热器评价指标,优化管壳式换热器设计,提高换热效率,减少能源消耗,降低生产成本,从而提高生产效率。

管壳式换热器故障的影响因素分析与预防性措施

管壳式换热器作为一种主要的换热介质,由于其结构和工况的特殊性,导致出现腐蚀、渗漏和进灰尘等一些常见的问题,严重的可造成装置或设备的损坏。为使管壳式换热器平稳高效运行,延长使用年限,必须对换热器进行检修与维护,来降低失效概率,提升运行效能。本文从设计、制造、运行3方面对影响管壳式换热器性能的因素进行了剖析,并对其在生产运行中可能出现的渗漏部位和渗漏的原因进行了详细的分析与归纳,提出了相应的维护优化措施。

甲醇/水管壳式换热器的能效监测系统及实验分析

管壳式换热器作为热能传递的重要设备,广泛应用于化工、石油和电力等工业领域。通过采集管壳式换热器各项热力性能参数计算得到设备能效,利用大量实时数据和历史性能信息,实现设备的能效监测,对设备的长期运行表现进行全面研究,旨在提高设备的长期运行效能,确保在生产过程中的可靠性和经济性。

HTRI在管壳式换热器计算选型中的实际应用分析

换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在众多类型换热器中,管壳式换热器因单位体积内能够提供较大的传热面积,这使得其传热效果相对较好,并且具有较强适应性,因此在石油化工领域备受关注,应用最为广泛。本文通过对盘锦北方燃料有限公司三期沥青装置电脱盐设施脱盐水经冷却后排水温度过高问题进行分析计算,简要介绍管壳式换热器选型计算的所应注意的因素,并用 HTRI软件计算结果与实际对比,对于设计过程中常见问题,提出相应的解决方案,可为同类换热器的选型设计提供思路。

管壳式换热器常见泄漏现象及消漏方法研究

管壳式换热器是当前工业生产中应用最为广泛的一种热交换设备,这种换热器设计成熟、结构简单、制造成本低、操作简单可靠,因此在石油化工、煤化工、电厂、制药等行业得到广泛应用,在工业生产中有着举足轻重的作用。本文结合工业生产装置中管壳式换热器出现的各类泄漏现象,从外部、内部进行原因分析,提出相应处理方法,为管壳式换热器检修提供参考。

管壳式换热器热-磁-流耦合强化换热数值分析

采用Fe_(3)O_(4)/水磁性纳米流体和磁场改善管壳式换热器壳程的对流换热性能。通过三维数值模拟,分析了磁性纳米流体体积分数、流率和磁感应强度对管壳式换热器对流换热性能的影响。结果表明,换热器的传热率和强化效应会因为纳米粒子的导热系数和布朗运动而得到提高,但当体积分数大于1%时,提升幅度会逐渐减小并且效能评价系数会降低。相比其他性能强化技术,磁场对磁性纳米流体的作用可以使换热器在压降增加不大的情况下显著提高换热性能;与没有施加磁性纳米流体和磁场的情况相比,磁场下加入了Fe_(3)O_(4)/水磁性纳米流体的管壳式换热器的传热率提升最高可达68.2%,而压降只增加了13.8%,与施加了磁性纳米流体而没有施加磁场的情况相比,其传热率的提升最高可达46.7%,而压降只增加了1.96%。磁性纳米粒子本身具有的高导热性质和其布朗运动效应以及磁性纳米流体在垂直均匀磁场的作用下带动壳程流体形成的由内向外的旋流,加剧了对热边界层的扰动和冷热流体的混合,是对流换热性能增强的主要原因,且磁感应强度越大,流体流率越低,磁场对流体综合传热性能的影响越显著。

管壳式换热器矩形薄管板与换热管焊接技术

管板与换热板是管壳式换热器的核心构件,两者采用焊接方式连接固定,焊接质量决定着设备的运行工况和使用寿命。以某企业制造的管壳式换热器为例,介绍设备基本情况及换热管与矩形薄管板焊接前的准备事项。选择3块试件,分别采取不同方式进行焊接,并对试件展开100%PT检测,焊缝表面无任何缺陷;随机抽取10个焊缝进行RT检测,发现焊缝根部熔合良好,保证产品质量。