核电厂用紧凑换热器强度分析及验证

为了验证核电厂用紧凑式换热器的强度满足使用要求,以某核电厂余热排出热交换器为原型,设计并制造了一台紧凑式换热器,对其进行了机械强度校验.通过ANSYS Workbench有限元软件对换热板片进行强度分析,结果表明换热板强度满足设计要求;通过SW6软件分析了换热器封头及接管,结果表明封头强度和接管局部应力均满足设计要求.对制造成品进行耐压试验和气密性试验,试验结果表明所设计的换热器强度合格,满足使用要求.上述工作为后续开展核电厂用紧凑换热器的设计提供指导.

机翼型微通道高效紧凑换热器流动换热特性

超临界二氧化碳(S-CO 2)布雷顿循环系统是第4代反应堆采用的新型高效热能转化系统,系统采用微通道高效紧凑换热器作为高低温回热器,其流动换热特性对整体系统热能转化效率有着显著影响。本文采用数值模拟方法,以S-CO 2为流动工质,建立机翼型翼片结构的换热器模型,研究翼片的不同间距对流动换热性能的影响。研究结果表明,交错排列翼片的综合流动换热性能优于翼片并排布置,翼片交错间距为左右间距一半时,增加左右间距,换热器流动换热性能更好。将机翼型微通道换热器与折线型微通道换热器模拟结果进行对比分析表明,机翼型微通道换热器在压降仅为折线型微通道换热器54.174%的情况下,换热性能提升了25.67%。

核动力厂用高效紧凑换热器方案分析

管壳式换热器是压水堆核动力厂普遍采用的换热设备,通过换热使系统内工作介质达到所需的特定温度。文章针对管壳式换热器换热效果一般、体积庞大的问题,以某核动力厂余热排出热交换器为原型,设计了一种高效紧凑换热器方案,采用Fluent对该方案进行模拟优化,并从结构尺寸、重量和经济性方面与原设备进行对比,结果表明,所设计的高效紧凑换热器方案可行,高效紧凑换热器的体积可达原设备的1/3、质量可达原设备的1/4、造价可达原设备的1/2,大大提高了核动力厂的布置灵活性、降低设备成本,对核动力厂小型化设计具有重要的借鉴意义。

车载紧凑式换热器高效轻质的性能优化研究

针对当前车载锯齿型板翅式换热器在某新型车辆有限空间内传热与流动阻力性能不足、整机质量大的问题,提出了一种车载锯齿型板翅式换热器的优化方案。首先,对4种具有不同翅片参数的空气-水车载锯齿型板翅式换热器进行了实验测试,探究了已有换热器的传热与流动特性;然后,基于实验数据构建了锯齿型翅片通道的三维数值计算模型,获得了适用结构参数范围更加宽泛且拟合精度良好的换热器流动换热关联式,同时基于换热器几何结构获得了整机质量计算模型;最后,结合非支配排序遗传算法(NSGAⅡ)以及传热与流动阻力综合性能评价图,开展了车载锯齿型板翅式换热器关键翅片结构参数的多目标优化研究,给出了综合性能优异的换热器结构参数。结果表明:优化后锯齿型板翅式换热器的阻力系数降低了14.3%,综合性能评价因子增加了10.7%,整机质量减少了18.2%,实现了换热器高效轻质的优化目标。所提车载锯齿型板翅式换热器优化方案,对提升其综合性能与降低制造成本具有参考价值。

非对称紧凑式换热器内超临界二氧化碳与液态铅铋合金耦合换热特性研究

超临界二氧化碳布雷顿循环与铅冷快堆的结合被认为是最为理想的动力循环之一,系统通过中间换热器传递热量,其性能影响着整个发电系统的高效与安全运行。由于超临界二氧化碳和液态铅铋合金(LBE)物理性质和热输运性质差异显著,对称式结构无法匹配两侧工质的换热要求,构建了1种非对称式紧凑式耦合换热器,采用数值模拟方法研究了超临界二氧化碳与液态铅铋合金耦合换热特性。结果表明:提升冷侧流体入口速度会显著增强换热;增加热侧LBE入口速度时,总换热系数先降低后增加;提升换热器冷热流体入口温度,换热器的换热系数先减小后增大,存在最优值;在拟临界区内,强浮力作用会大幅提升冷侧换热,而加速效应则抑制换热。

物流分配的不均匀性对紧凑式换热器效能的影响

以一侧流体分配不均匀的换热器模型为基础 ,建立了物流分配不均匀性对换热器效能影响的数学模型 ,通过理论分析和计算 ,为研究换热器内部物流分配不均匀对其效能的影响提供了一种分析方法 .该理论模型包括连续模型和离散模型 2种形式 ,前者为研究物流分配不均匀引起换热器效能的下降提供了一种分析计算方法 ,后者为控制实验研究的精度提供了理论依据 .研究结论对换热器的优化设计具有重要意义 .

新型紧凑式低温换热器的研究与进展

介绍了一些目前低温与制冷领域中使用的紧凑式换热器 ,对其结构、性能以及研究和应用情况进行了细致的分析和综述 ,同时也给出了一些作者的观点 ,为低温换热器的设计及以后的深入研究提供参考。

新型扩散焊紧凑式换热器

相比高通量管壳式换热器、板(翅)式换热器,扩散焊紧凑式换热器是新一代高效换热器,其在高温高压等苛刻条件下表现出良好的综合性能,是实现节能和安全和谐统一的标志性换热器。从换热器的特点、分类、材料、力学性能、传热与流动设计、机械设计和应用等方面,系统地介绍了国外扩散焊紧凑式换热器最新研究成果。扩散焊接头的高温蠕变试验表明,其总塑性应变明显高于供货态母材和普通焊接接头;扩散焊接头具有良好的延展性和耐高温性能。基于氦气-水和氦气-氦气的试验系统,研究得出了不同流动通道参数下的传热因子和阻力因子的准则方程。还介绍了基于ASME Code对扩散焊紧凑式换热器简化结构的机械设计方法。目前,扩散焊紧凑式换热器广泛应用于海洋平台油气处理、天然气浮式气化装置、浮式天然气液化装置等海洋工程领域,并且在新一代核反应堆换热技术中呈现出潜在的应用前景。

循环流化床锅炉紧凑式分流回灰换热器的试验研究

外置换热器是CFB(循环流化床)锅炉大型化的关键技术。为发展我国具有自主知识产权的大型CFB锅炉技术,针对国产200 MWCFB锅炉及大型化的需要,开发了一种新型外置换热器——紧凑式分流回灰换热器(CHE)专利技术,该换热器采用气动方式控制循环灰的分流量,同时兼有循环灰的冷却和回送功能,且为整体化结构。在一台4MW循环流化床热态试验台上对紧凑式分流回灰换热器的分流、调节、传热特性进行了系统的试验研究,并建立了传热计算模型,可用于实际锅炉的设计,为实现锅炉的模型化设计奠定了基础。研究结果可用于指导国产200MWCFB锅炉的设计。

紧凑高效型水平管束降膜蒸发换热器的实验研究

在大气压条件下使用单列和3列叉排光滑管和滚压强化换热管紧凑管束进行了水降膜蒸发换热实验,确认了滚压管在中,低热负荷范围内能够增强换热系数3～4倍,有很好的沸腾强化换热性能。管间距及液膜溅射损失对蒸发换热特性影响很小。同时也考察了单列和3列管束换热特性间的差异。实验发现这种差异在低雷诺数区域时更加明显。

紧凑式换热器的精确模型控制

本文提出了换热器的精确模型控制方法,将获得的换热器数学模型以适当方式引入前馈控制器:当换热器入口有扰动出现时,前馈控制可以由模型获得准确的辅助流体调节量,从而将扰动作用消除在其对目标流体产生影响之前,达到换热器整体高精度、无滞后的控制。在换热器控制实验台上进行了反馈控制和精确模型控制实验,经过比较发现,模型控制无论是在动态过程的最大偏差上还是在调节时间上都优于传统的反馈控制。

高温紧凑板翅式换热器稳态和动态性能的研究

建立了紧凑板翅式换热器的动态数学模型.为了满足系统快速动态仿真的需要,采用容阻特性建模技术建立了紧凑板翅式换热器的仿真模型.在相同的运行条件下,对不同的高温板翅固体材料进行了稳态和动态仿真研究.结果表明:在不同的材料条件下,高温板翅式换热器的稳态性能基本相同;但不同材料的动态特性时间不同,硅碳陶瓷材料具有较小的延迟时间,常规高温合金材料延迟较大.

开孔泡沫金属紧凑式换热器高温力学性能研究

基于开孔泡沫金属的特性,研发板泡式热交换器,通过单轴拉伸试验获得316不锈钢泡沫金属的短时力学性能和长时粘弹性参数,在此基础上引入小挠度薄板理论,将板泡结构简化作支承于地基上的薄板,基于对应性原理和数值逆变换方法,采用FORTRAN90编制程序,计算板泡结构的粘弹性弯曲变形和粘弹性弯曲应力,并与有限元模拟结果进行对比,验证该分析计算方法用于表征承压板泡式热交换器结构粘弹性行为的可行性与准确性。进而分析开孔泡沫金属结构参数对板泡结构的粘弹性弯曲变形和粘弹性弯曲应力的影响情况,结果表明开孔泡沫金属的孔隙率对板泡结构的安全性影响相对较大。

紧凑式低温换热器的发展概况

介绍了一些目前低温与制冷领域中使用的紧凑式换热器,对其特点、性能以及发展动态和研究方向进行了细致的分析和综述。同时也给出了一些观点,为低温换热器的设计及以后的深入研究提供参考。

紧凑高效微通道换热器流动与换热特性研究进展

随着全球海上浮式液化天然气(liquefied natural gas,LNG)接收站的兴起,LNG换热器作为液化天然气汽化的关键设备得以广泛应用.与传统换热器相比,紧凑高效微通道换热器(compact and efficient microchannel heat exchangers)具有耐高压、耐低温及传热效率高等优点,在核反应堆热交换、氢能等领域有巨大应用前景.文中对近年来微通道换热器的流动与换热特性研究进展作了系统总结:对比多种微通道换热器的流道构型及不同流道结构的流动与换热特性,半圆截面之字形流道在工程中广泛应用;目前微通道换热器流动与换热特性的数值计算工质以单相氦或超临界CO2为主,而氮为工质的研究较少;微通道换热器流道内的多相流、数值模拟边界条件以及低温流动换热问题还有待研究.

紧凑式换热器的设计与优选系统

紧凑式换热器设计与优选系统包括对板式、板翅式、螺旋板式、热管式、翅片管式和管壳式换热器6种换热设备的热力、结构设计和强度校核计算,并综合考虑原材料购置、设备磨损以及电力消耗等相关因素进行了经济分析,直观给出了对应设备的性能参数和结构尺寸示意图,便于设计人员进行比较优选。该系统在编程上采用模块结构。

紧凑式换热器性能瞬变测试的非线性参数估计

提出了一种紧凑式换热器平均表面传热系数瞬变测试方法.只需通过测定流体出口温度变化,用Levenberg Marquardt非线性曲线拟合,同时对理论模型中的流体进口温度变化时间常数τ+和传热单元数NTU进行参数估计.敏感性分析和具有测量噪声的数值仿真实验表明,参数估计值具有良好的精度.

基于三维分布参数模型的紧凑式换热器优化

基于翅片通道划分网格并建立微元控制方程,实现了紧凑式换热器的三维分布参数模型.在分布参数模型的基础上,结合熵产最小化原理,应用遗传算法对换热器的外形尺寸及翅片类型、结构参数进行了优化设计.分布参数模型考虑了流体物性参数在换热器内各点的变化,能够应用于湿工况和相变情况下的换热器性能研究.而且基于翅片通道的网格划分方法具有明确的物理意义,避免了单纯数值方法的复杂性,大大提高了计算速度,解决了基于分布参数进行换热器优化的难题,该优化方法可以推广应用于其它类型的换热器或热沉中.

紧凑管束蒸发换热器内水的沸腾强化换热特性

设计了一种新式满液型蒸发换热器,利用水平传热管管束间狭窄受限空间内早期沸腾强化换热机理和同一管束中两管缝隙强化沸腾换热机理,将中小热负荷条件下的自然对流换热转化为充分发展核态沸腾换热,其换热性能大大优于传统的满液型蒸发换热器.对水平传热管管束在受限空间内沸腾强化换热的实验研究表明,这种水平管蒸发换热器具有良好的换热性能;管束距离和传热管在管束中的位置对各个传热管换热特性都有很大影响,且存在着一个最佳管束距离;随着压力增加,受限空间内沸腾强化换热的强化效果显著增强.

紧凑式换热器表面瞬变测试的敏感性分析和数值模拟

提出了一种考虑纵向导热效应的紧凑式换热器表面平均传热系数瞬变测试方法。根据出口流体温度变化的实测数据,用Levenberg-Marquardt非线性曲线拟合,同时对理论模型中的纵向导热参数lλ和进口流体温度变化时间常数τ+,以及传热单元数Ntu进行参数估计。敏感性分析和具有测量噪声的数值模拟实验表明,待求的反映换热面传热性能的Ntu参数估计值具有良好的精度。