小管径管翅式换热器气压胀接成形机理研究

管翅式换热器是制冷行业中最常用的换热器形式,其换热管的胀接性能决定了换热器的传热性能.本文提出了管翅式换热器的三维流−固耦合模型,采用单向流固耦合瞬态数值模拟方法,对小管径管翅式换热器的流体和固体域的流动和变形特征开展了数值研究.计算结果表明:根据换热管和翅片的胀接成形要求和胀后管径要求,气压胀接压力的合理范围为P=12.5 MPa,与理论公式推导值一致.根据管翅应力随时间变化的规律可知,换热管接头处应力远大于其屈服极限66 MPa,翅片接头处应力刚好略大于其屈服极限132 MPa,满足胀接成形要求.胀后的换热管直径随着压力的增加其管径增大,换热管的径向位移在水平方向较小,垂直方向较大,其最大和最小位移差约为0.03 mm.探究了管翅间残余接触压力随胀接压力的变化,残余接触压力随胀接压力的变化可分为三个阶段.结果表明当胀接压力使得翅片内孔发生屈服后,继续增大胀接压力会导致胀接不完全.最后研究了保压时间的影响,结果表明保压时间的增加对胀接效果并没有明显影响.相关结果可为工程实际中小管径管翅式换热器气压胀接工艺提供理论指导.

基于图像处理的管翅式换热器翅片尺寸测量方法研究

针对管翅式换热器翅片间距、厚度等物理尺寸的非接触、自动测量问题,本文提出了基于图像处理技术的管翅式换热器翅片测量方法。首先利用CCD相机获取管翅式换热器翅片图像,对拍摄的图像进行图像灰度化,滤波去噪,图像分割(二值化)等图像预处理操作,紧接提出了一种亚像素边缘提取算法,对预处理后的图像进行边缘提取。同时结合图像投影法提出了三种换热器翅片尺寸的测量方法,最后,基于尺寸测量换算法和简易相机标定法获得实际物理尺寸。通过实验,三种方法的测量误差均在5.00%左右,最小误差低至1.20%,效果较好,该测量方法可以很好地测量出换热器翅片主要尺寸。

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数(攻角,数目,摆放位置)进行了优化。结果表明:纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。

管翅式换热器管路布置优化设计的数值研究

采用分布参数法模型对常见的双流程管翅式换热器,在不同的空气及制冷剂进口状态下的工作性能进行了数值研究,对管路布置提出了改变不同流程管径比的优化设计方案,并从数值模拟的角度给出了验证。数值计算结果表明改变两流程之间的管径比可以优化换热器的换热性能,而且两流程的管径之间存在一个最佳比值0.8,在该最佳管径比下,换热器的换热性能在不同工况下均比相同管径提高6%～11%,同时可以使空气侧的阻力损失减少2%。

管翅式换热器多层弯曲成形工艺仿真分析

随着管翅式换热器在制冷行业的广泛应用,换热器多层弯曲成形工艺成为影响换热性能的关键环节。与传统的单层弯曲工艺相比,多层弯曲成形工艺中翅片与弯曲模接触应力增大,易造成翅片的局部压溃,降低换热性能。该文以空调换热器普遍使用的波纹翅片为研究对象,建立了管翅式换热器多层弯曲成形过程的有限元模型,研究弯曲成形过程中弯曲模对换热器的正压力变化及应力应变分布规律,分析翅片产生压溃的原因及关键区域。并结合相关试验验证,确立多层弯曲成形工艺参数与成形性能之间的关系。

管翅式换热器离子交换树脂涂层

采用浸渍法将离子交换树脂（IER）浸渍于饱和氯化锂或氯化镁溶液中，并依次经过滤、洗涤及干燥得改性离子交换树脂。经粉碎后的改性离子交换树脂粉与固体粉末涂料混合成喷涂料，对管翅式换热器铝箔表面进行静电喷涂、热固化得吸湿涂层。XRD分析表明，改性前后树脂结构没有发生根本性改变；SEM表明，吸湿涂层能够均匀紧密地分散在铝箔表面，涂层厚达120gm；EDS显示出吸湿涂层各成分组成及含量；TG曲线表明，吸湿涂层失重主要集中在30～150℃及400-600℃区域，前者与吸附剂脱附有关，后者与涂料及树脂粉热分解有关；静态和动态吸附曲线显示，吸湿涂层经改性后，其吸湿性能明显提高；吸湿涂层重复性测试显示，涂层具有较高吸附及脱附稳定性。

管翅式换热器流动和换热的低阶模型模拟

采用最佳正交分解技术（POD）建立管翅式换热器的低阶模型,通过数值模拟的方法得到管翅式换热器在雷诺数为100~2 000时的流场和温度场。通过对系统样本实施最佳正交分解得到该物理问题的POD基函数和谱系数。POD基函数具有能量最优的特性,即在重构公式中使用较小的截断自由度可将原物理问题的解准确地表示出来,重构公式在非设计参数时的谱系数由线性插值的方法得到。研究结果表明,基于POD的低阶模型可以快速、准确地预测出管翅式换热器内的温度场和速度场,计算时间仅为SIMPLE算法的1/1 200。

双缝翅片管翅式换热器传热与流动数值模拟研究

采用FLUENT软件，建立了双缝翅片管翅式换热器三维物理模型。采用RNG κ-ε湍流模型，对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。结果表明，双缝片可使传热提高22．7％～42％；阻力的计算结果表明，与平直翅片相比，总体阻力系数增加28．29％～54．92％。

基于POD降阶模型的正弦波翅片扁管管翅式换热器流动与传热特性分析

为了提高正弦波翅片扁管管翅式换热器的数值设计效率,以FVM(finite volume method,有限体积法)的计算结果作为样本数据构建POD降阶模型,研究换热器空气侧的流动与传热特性。结果表明:单参数和双参数变化时POD降阶模型重构的温度场与FVM计算结果的偏差集中表现在正弦波翅片表面区域,且沿主流方向呈减小趋势,2种方法所得速度分布的差异主要集中在主流区域。随着变量参数个数的增多,POD降阶模型的计算精度及计算效率均有所降低。POD降阶模型重构的物理场与FVM结果间的平均相对偏差最大值为2.921%,平均计算速度比传统FVM计算速度最大提高了11752倍。

新型管翅式换热器的传热与阻力特性研究

管翅式换热器在电厂中有着广泛的应用,是空冷机组的重要组成部分。提高管翅式换热器的性能,就能有效地提升空冷机组的效率,从而达到节能的目的。文章对纵向涡强化型换热器进行了实验研究,在雷诺数4 400<Re<11 000的范围内,分析了不同来流速度对换热器传热阻力特性的影响。结果表明,在6 800<Re<11 000时,纵向涡强化型换热器的阻力小于未采取强化措施的换热器的阻力,而其换热系数大于未采取强化措施的换热器,实现了高效低阻的流动传热。

管翅式换热器翅片管失效分析及预防措施

研究了瓜尔胶改性生产工艺中管翅式换热器的工作原理,分析了管翅式换热器翅片管失效的原因。结果表明:氧腐蚀、蒸汽冲刷及外力作用是造成管翅式换热器翅片管失效的主要原因。提出在启用干燥设备过程中,缓慢开启蒸汽阀门、换热器回水管线上安装放水阀和选用不锈钢作为基管用材,可提高管翅式换热器使用寿命。

空调管翅式换热器接触状态研究

空调管翅式换热器中铜管和翅片并不是完全接触,其接触状态会影响到换热器的传热。从理论和模拟两方面分析出间隙厚度为影响传热的主要因素之一,并以间隙厚度和接触长度占比作为接触状态的表征指标。通过模拟得到结论:随着间隙厚度减小,接触长度占比增加,从铜管传递到翅片的热量越多,翅片分布温度越高,传热效果越好。

管翅式换热器气压胀接铜管与密封圈拉脱力研究

管翅式换热器气压胀接技术中,内螺纹铜管和聚氨酯密封圈的拉脱力问题研究是十分关键的一环。通过自主设计改进的试验平台进行拉脱力试验验证,与ANSYS有限元仿真分析数据相比,经MATLAB处理的试验数据与仿真结果基本吻合,为气胀相关铜管与密封拉脱力提供参考。说明设计的试验模型及搭建的试验平台是可行的,可为气压式胀管机的工程应用和拉脱力试验提供了一个解决方案。

胀接成形工艺对管翅式换热器结构性能的影响

胀接成形工艺是管翅式换热器生产过程中的关键工序之一,对换热器的传热效能、机械强度及耐压强度具有决定性的影响。以某款换热器换热铜管为研究对象,建立胀接成形过程有限元仿真模型,分析不同规格胀头下,胀接成形过程中应力变化及分布,胀接后换热管的减薄程度,翅片和换热管之间的接触状态和压力分布,残余应力等弹塑性应变规律及其对换热器结构性能的影响。通过实验验证可知,实验结果与仿真结果吻合,表明仿真模型的正确性,能够有效的指导和改进产品设计和生产工艺。

基于正交试验和Fluent的管翅式换热器结构优化

通过正交试验和数值模拟相结合的方法研究平直翅片管式换热器的换热和流阻特性,以换热系数和压降作为评价指标,用逐个分析各参数对换热和流阻特性的影响以及综合换热评价指标两种评价方法实现对换热器风机风量、翅片间距、厚度和管横纵向间距的优化。结果表明:翅片间距对压降影响最大,管纵向间距对空气侧换热系数影响最大;一种优化组合为风机风量1450 m^3/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm和纵向间距15 mm,另一种优化组合为风机风量1700 m^3/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm、纵向间距21 mm;使用优化换热器的冰淇淋机的换热能力比原设备分别提高了5.73%和6.85%。

φ7 mm管翅式换热器的翅片孔直径优化

通过对过盈量的分析,设计与φ7mm内螺纹铜管配合的几种翅片孔直径的换热器,分析对比换热器的穿管阻力、U形管报废率、穿管效率以及换热能力,发现在翅片孔直径为7.27 mm时,以上4项参数能够达到最佳配合。并对胀后铜管受力变形、铜管外径、齿形变化及翅片间距分布进行分析。

鱼鳍型涡发生器强化管翅式换热器传热

提出了一种鱼鳍型涡发生器,并将其应用在管翅式换热器中强化传热。采用数值模拟方法研究了鱼鳍型涡发生器安装方式对换热器中流体流动和传热的影响,分析了流体流经涡发生器前后的压力变化。结果表明:涡发生器以common-flow-up方式安装在圆管下游时传热j因子提高了46.6%,摩擦因子提高了24.4%,与以common-flow-down方式安装于圆管上游相比,圆管后方的负压区更小,流动阻力更小,冷热流体的混合效果更好,因而具有更好的强化传热效果。

椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器传热传质性能及实验研究

介绍了一种椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器,通过搭建的蒸发式冷凝器性能测试实验系统,研究该蒸发式冷凝器在不同循环水配比、不同地区环境以及“风冷”“水冷”“蒸发冷凝”和“全工况”4种不同运行模式下的传热传质性能与运行特性的变化规律。结果表明:在相同条件下“全工况”模式的热流密度高于“风冷”和“蒸发冷凝”两种模式,而“水冷”模式由于其传热面积远小于其它模式,所以其热流密度最高;“全工况”模式在保持配风量及循环水总量一定的条件下,热流密度随循环水配比的增大而先增大后减小,喷淋水与冷却水的流量最佳配比为2∶5;“全工况”模式在严寒干燥地区、寒冷地区以及夏热冬暖地区的总热流密度分别为5879.64、3964.28及2933.05 W/m^(2),因此不同地区环境运行的传热性能相差较大,该冷凝器“全工况”模式在空气干燥的地区,喷淋冷却水温度范围为13~18℃运行时传热性能较优。在相同的条件下,“蒸发冷凝”模式的水膜传质系数高于“全工况”模式,且两者均随喷淋密度的增大先增大后减小。

S型泡沫金属管翅式换热器的设计与实验研究

为解决航空发动机部件热防护以及热管理问题,针对CCA(cooled cooling air)技术,采用高孔隙率泡沫金属替代传统管翅式换热器金属翅片,设计一种轻质、高效、紧凑的小尺寸S型泡沫金属管翅式换热器。换热器芯体为3D打印的钛合金制作,重129 g,由S型管束以及泡沫金属翅片组成,翅片安装在管束直管段处。流动传热实验模拟航空发动机机匣外部的空-油换热器,冷侧为水,热侧为高温空气,测定两侧流体的流量、进出口温度及压力。结果表明:泡沫金属作为换热器的翅片,传热系数增大43.94%、换热量提升21.7%、综合换热性能增加25.43%,功重比平均提升17.26%,可达14.61 kW/kg。这说明泡沫金属能够提升换热器的整体性能,可用于未来航空发动机相似结构换热器的设计。

前圆后椭圆管管翅式换热器性能模拟

建立前圆后椭圆管管翅式换热器的三维模型,采用模拟方法,研究前圆后椭圆管管型、入口空气流速对管翅式换热器速度场、压力降、温度场、换热量、换热性能强化评价指标的影响。以半径为4.5 mm的圆管作为换热管标准管型,保持前圆后椭圆管的周长与圆管周长一致,调整半径比(椭圆长半径比圆半径),得到不同的前圆后椭圆管管型。换热性能强化评价指标大于1表示前圆后椭圆管综合性能好于圆管,越大于1说明管翅式换热器的综合性能越好。入口空气流速一定时,增大半径比有利于减小管翅式换热器压力降。在较大的入口空气流速下使用前圆后椭圆管能有效减小管翅式换热器的压力降。入口空气流速为4.0 m/s、半径比为4.0时,热工水力性能参数最大,管翅式换热器的综合性能最佳。