射流角度对三角形螺旋夹套传热性能的影响

采用CFD软件中的Fluent模型对三角形螺旋夹套传热性能进行了数值模拟,分析了不同Re下的平均努塞尔数(Nu_(m))、轴向截面努塞尔数(Nu_(a))、径向局部努塞尔数(Nu_(c))、平均阻力系数(f)以及传热强化因子(PEC)随射流角度(α)的变化关系,得到了Nu_(m)和f与Re和α的拟合关联式。模拟结果表明,在所研究的Re范围内,Nu_(m)和f均随着α的增大而增大;在射流入射点附近相对螺旋角处于0.543~0.700范围内Nu_(a)增大明显,最大Nu_(a)相比Nu_(m)提升了30%;Nu_(c)沿竖直壁面呈现两端及中心高的分布特点;PEC随着α的增大呈现先下降(α=30°~135°)后上升(α=135°~150°)的变化规律,α=30°~45°范围内PEC接近,且PEC最高。

黏度随温度变化对三角形螺旋夹套内湍流流体流动及换热的影响

考虑受热流体黏度随温度变化的影响,对三角形螺旋夹套内流体湍流换热进行了数值模拟分析。经与实验结果比对,证明了模拟方法可靠。基于模拟结果重点分析了受热流体黏度变化对流道内流体流动和换热特性的影响,剖析了受热流体的截面平均流动阻力(f Rem)和平均Nusselt数(Num)沿流动方向的发展特点,并比较了不同流动参数和不同结构参数下流道内受热流体定黏度和变黏度时流体总流动阻力和传热系数的差别。结果表明:考虑流体黏度随温度变化时会明显影响三角形螺旋夹套内流体的流动和换热特性。对比两种流体f Rem和Num沿流体流动方向的发展过程发现,在早期、中间和后期发展3个阶段中,后期发展阶段中两种流体的发展趋势明显不同;相同来流条件和热边界条件下,与定黏度流体相比,同一横截面上变黏度流体各点的局部流动阻力较小,而局部Nusselt数却较大,因此变黏度流体总的流动阻力较小,而总的传热系数较大;Reynolds数越低,流道量纲一曲率越小,变黏度受热流体的流动和换热性能与定黏度流体流动和换热性能相比差异愈明显,则考虑流体黏度随温度变化对流体流动和传热的影响更为重要。

三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热模拟

对三角形螺旋夹套内流体的湍流流动及换热性能进行了模拟,得到了充分发展条件下恒定热流加热时釜内湍流流体的速度场,分析了雷诺数(Re)和无量纲曲率(κ)对流体阻力和换热性能的影响,并由模拟数据拟合出平均阻力系数及平均努赛尔数的关联式.结果表明,湍流流动中,夹套内流体的二次流动为稳定的二涡结构,随雷诺数增大,二次流强度和湍动能均增强.由于离心力的作用,外壁面的阻力系数远大于内壁面.换热面上局部努塞尔数的峰值出现在靠近二次涡中心位置的换热壁面处,换热面中心处的局部努塞尔数约为峰值的85%.随Re和κ增大,峰值处的局部努塞尔数值增大最明显,流体的平均努塞尔数及阻力系数均增大.在所模拟的范围内,三角形螺旋夹套的效率因子E>3.7,且随Re和κ增大,E逐渐增大.

螺旋半圆管夹套内湍流流动与传热的数值模拟

应用CFD分析软件Fluent,在简化模型的基础上对螺旋半圆管夹套内的三维湍流流动及换热进行了数值模拟.结果表明,夹套内与螺旋线垂直的横截面上,切线方向的时均速度等值线呈鞍状分布,弯曲外壁侧的速度梯度远大于直内壁侧;二次流为稳定的两涡结构,二次涡的中心位置在半圆形截面的2个尖角附近.由于二次流的作用,换热壁面上局部努塞尔数Nulocal分布不均,最小值在壁面中心点处,最大值在中心点两侧,研究范围内,最小值为平均值的0.8~0.85倍,最大值为平均值的1.15~1.25倍.螺距对夹套内充分发展段的流体流动及换热的影响很小;增大曲率,夹套的换热能力增强,同时流动阻力也增大.

螺旋半圆管夹套内层流流动及换热特性研究

将螺旋半圆管夹套的物理模型简化为半圆形截面螺旋管,对4种不同结构夹套内的三维层流流动及换热进行了模拟求解,所得的结果与文献中的实验数据进行了对比。给出了发展段以及充分发展段的流场和温度场的分布,通过坐标变换得到了二次流的矢量图;分析了雷诺数Re、量纲一曲率δ和量纲一螺距λ对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:二次流对螺旋半圆管夹套的换热起强化作用,λ的影响很小,仅增大,δ流动阻力及壁面平均努塞尔数Nu均增大。

螺旋半圆管夹套内充分发展层流流动与换热特性

根据螺旋半圆管夹套的结构特点,提出了简化的物理模型;采用数值方法求解了恒定热负荷条件下夹套内流体充分发展的层流流场和温度场,并与激光多普勒测速仪测得的速度场和已有的传热实验结果进行了对比。研究了夹套的结构和换热流体Prandtl数Pr对夹套内流体流动及换热特性的影响。结果表明:层流状态下,夹套管的横截面上存在两涡结构的二次流;随着曲率k的增大,二次流函数值增大,二次涡的强度增强,流动阻力增加。二次流对夹套内的换热起强化作用,k值越大,换热流体的Pr越小,二次流的相对强化换热作用越明显。增大k或Pr可以强化夹套内的换热,但强化效果不同;夹套内换热面的中心部位是需要强化换热的重点部位。

弓形截面螺旋半管夹套内流体流动与换热

采用数值方法对弓形横截面螺旋半管夹套内流体的湍流流动与换热特性进行了研究。基于正交螺旋坐标系给出了夹套内换热流体充分发展的湍流流场与温度场分布。研究了雷诺数Re和无量纲曲率δ对流动阻力fRe及壁面平均换热努塞尔数Num的影响。结果表明:充分发展湍流条件下,弓形截面螺旋半管夹套的横截面上,平均轴向速度的最大值位置靠近弯曲的外壁侧;二次流为旋转方向相反的两涡结构。相同换热面积时,在0.058≤δ≤0.12,6000≤Re≤12 000的范围内,弓形截面夹套的流动阻力fRe是半圆形截面夹套的0.794～0.947倍,平均努塞尔数Num为0.86～0.98倍。

螺旋半圆管夹套反应釜的设计、制造与应用

螺旋半圆管夹套设备在欧美国家已较普遍使用,且西德已在1979年形成规范化了。而我国化工行业中,除引进少数螺旋半圆管夹套设备外,自行设计、制造的同类设备还不多见,且目前都还存在着一定的问题。我北京红狮涂料公司设计室自1985年开始,已陆续设计并委托航空航天部某厂制造了4m^3、7m^3。

弓形螺旋管夹套的应用

近年来,国外普遍采用一种新的换热结构,就是将薄钢带压制成弓形截面的半管盘绕在筒体上,见图1,称之为螺旋管夹套,其介质可为冷热水、酒精水、液氨、乙二醇、蒸汽等。目前,国内在微生物发酵行业中已开始采用这种结构。本文将对螺旋管夹套的性能及与传统的整体夹套(见图2)的优劣对比作一些探讨。

螺旋半圆管夹套式余热排出装置传热分析及设计程序开发

提出一种适用于小型反应堆的螺旋半圆管夹套式非能动余热排出装置,利用螺旋半圆管夹套具有的传热效率高、结构紧凑等优点,与反应堆主容器形成一体化的紧凑设计。基于此,对螺旋半圆管夹套的传热过程进行了分析,提出传热计算模型并基于此开发了热工设计程序,通过与公开文献中试验数据的对比分析,验证了程序的正确性,可以用于半圆管夹套式余热排出装置的工程设计。

球凸对螺旋半圆管内流体流动及传热的影响

采用RNGk-ε湍流模型数值研究了球凸涡发生器对螺旋半圆管夹套内流体湍流流动及换热的影响,分析了泊肃叶数P0、努塞尔数Nu及综合性能因子PEC随雷诺数Re的变化关系,并与光滑螺旋夹套进行对比,结果表明:湍流状态下,球凸涡发生器可以提高螺旋半圆管的努塞尔数,但其综合性能评价因子PEC值小于1,说明阻力系数的增值大于传热系数的增值。

带螺旋半圆管的真空容器稳定性计算

螺旋半圆管作为容器的夹套已经使用几十年,到目前为止仅作为换热介质的受压腔。对受外压带螺旋半圆管的筒体,并未考虑半圆管对筒体的加强作用,仍按常规方法计算并设置加强圈,造成一定程度的浪费。文章根据国外标准和国内科技文献的最新报道,提出了对带螺旋半圆管夹套的真空容器,把半圆管作为加强圈,求得筒体计算长度的方法。

釜内螺旋半圆管夹套内流体湍流流动特性

采用实验和数值模拟方法对安装在反应釜内壁侧的螺旋半圆管夹套中流体的湍流流动特性进行了研究.无量纲曲率δ=0.133、无量纲螺距τ=0.127的夹套中流体湍流速度场的实测与模拟结果吻合较好.基于正交螺旋坐标系,给出了夹套内流体的速度场,包括平均轴向速度、二次流速度及二次流函数分布.研究了平均雷诺数Re、δ及τ对速度场及流动阻力的影响.结果表明,充分发展湍流条件下,釜内螺旋半圆管夹套横截面上,平均轴向速度最大值的位置有2个,二次流为恒定的4涡结构.随Re和δ增加,2对二次涡的强度及湍流流动阻力fRe均增加.相对于釜外螺旋半圆管夹套,在0.05≤δ≤0.1,10000≤Re≤18000的范围内,釜内螺旋半圆管夹套中的湍流流动阻力fRe提高了2.13%～7.72%.

反应釜内螺旋半圆管夹套内流体的湍流换热性能及熵产分析

应用CFD软件研究了安装在反应釜内壁侧的螺旋半圆管夹套内流体的湍流换热特性,分析了雷诺数Re和曲率δ对换热特性的影响,并以熵产数为指标对夹套换热性能进行了基于热力学第二定律的分析评价.结果表明,弯曲换热壁面两侧主二次涡涡心附近无量纲温度最小,而壁面中心点附近最大,是换热最差的部位.同一δ下,Re增加使二次涡强度和流体湍动能增大,夹套换热综合性能系数Nu_m/f增大;同一Re下,δ增加使二次涡强度增大而流体湍动能减小,Nu_m/f值减小.研究范围内,釜内夹套换热壁面的平均努塞尔数Nu_m为釜外夹套的1.168~1.241倍,摩擦阻力系数f为其1.021~1.077倍.结构确定的夹套存在一个最佳平均雷诺数（Re_（op））使换热过程的不可逆损失最小,随δ增加,RP_（op）逐渐增大.半圆截面2个尖角附近是夹套内有用能损失的主要部位.

螺距和搭接对螺旋半管夹套强化传热的影响

以导热油YD-300为介质,采用数值模拟方法研究了恒壁温条件下流体的传热和阻力特性,分析了强化传热机理.结果表明,螺距参数τ接近1.96时强化传热效果最好,阻力最高.τ>1.96的非搭接结构,螺距变化对半管夹套侧传热系数和阻力系数的影响很小;τ<1.96的搭接结构,随螺距缩短半管夹套侧传热系数增加下降明显.小范围搭接形式(1.96>τ≥1.86)改善了搭接壁面与换热壁面附近的速度场结构,有利于强化换热;大范围搭接(τ≤1.47)降低了搭接壁面和换热壁面附近的速度、温度梯度与静压力梯度间的协同程度,降低了换热系数,同时提高了阻力.

105m^3氯乙烯悬浮聚合釜传热性能研究

介绍了上海森松压力容器有限公司生产的105 m3氯乙烯悬浮聚合釜,该釜采用全流通螺旋内夹套结构,与传统的外夹套相比,釜内壁厚减少50%以上,传热热阻降低约50%,传热系数提高一倍多。经新疆天业(集团)有限公司40万t/a PVC工程生产考核,该釜具有传热能力和生产强度高、搅拌装置效果良好、安全可靠的特点,可用于大规模PVC树脂的生产。