碳封存超临界CO_(2)螺旋管换热器传热规律

在“双碳”目标背景下,探索CO_(2)高效地质封存和高能利用途径,是CO_(2)减排研究的热点问题。基于CO_(2)多相态变化特性以及能源利用方面表现出的安全环保及成本优势,提出一种新型碳封存超临界CO_(2)螺旋管换热器,并建立了数值仿真模型,以5℃条件下CO_(2)为对象,设计水作为载热流体的换热方案,研究了螺旋换热器在不同水温作用下对CO_(2)的温度、压力及其热应力耦合变化规律。结果表明:随着水热流体温度的增加,CO_(2)的升温速率与水温成正比,CO_(2)输出温度与水热流体温度呈正相关变化;与CO_(2)传热效率相比,受CO_(2)相变吸热影响导致水热流体传热效率较慢,水热流体传热与温度变化成正比;初始水温升高,CO_(2)相变速度明显增加,流量对CO_(2)相变吸热影响较大,水热流体的体积流量与CO_(2)温度变化呈负相关;受CO_(2)升温吸热影响,水热流体的耗散温度与CO_(2)吸热温度成正比;当管径和入口压力恒定情况下,100℃的水热流体与CO_(2)进行换热可以较好地满足CO_(2)相变吸热的要求。试验验证了水热流体螺旋管换热器的有效性和便捷性,研究为超临界CO_(2)螺旋式换热器的设计提供了依据。

船用膜式螺旋管换热器传热和流动特性研究

采用数值模拟方法研究膜式螺旋管换热器在高温高压的工况下顺列结构和2种错列结构的对流换热和流动特性,分析径向节距对顺列和错列结构换热和流动特性的影响。模拟结果与试验结果符合较好。研究发现:顺列和错列结构对于换热及流动的影响随着径向节距的变化而变化。当径向节距s1/d<1.6时,顺列结构的换热系数和流动阻力高于错列结构;当1.6<s1/d<2.0时,顺列结构的平均换热系数与和错列结构几乎相等,错列结构的流动阻力小于顺列结构;当s1/d>2.0时,换热器的平均换热系数和压降与膜式螺旋管的布置方式无关,即顺列和错列结构的换热系数及流动阻力基本相等。

船用螺旋管换热器热工及水动力特性数值研究

为明晰船用螺旋管换热器内流体流动传热规律及其流致振动特性,提高运行效率及安全性能。本文建立船用螺旋管换热器三维模型,采用流固耦合方法进行换热器热工及水动力特性数值模拟,借助流致振动预测方法计算得到与流致振动密切相关的流体冲击能量变化特性。计算结果表明,螺旋管上、下游管间出现回流现象,极易导致杂质沉积;螺旋管上、下管壁对流传热系数小,管壁温度高,易诱发爆管现象;基于流体冲击能量变化特性,流体能量在螺旋管区域呈波峰值,且螺旋管侧管壁冲击能量高于上、下管壁,可以预测螺旋管侧管壁承受流致振动破坏较严重,实际试验数据验证了本文数值结果。

新型螺旋管换热器的节能效益分析

1 前言 传热是化工过程中的重要过程,换热器的投资往往要占到化工设备总投资的15％。传热的效果和效率直接影响化工设备的生产能力和投资效益,而改进传热的实质则是开发和采用性能优良的传热元件,使传热得到强化。在圆管壁上轧制螺旋槽纹来强化传热就是近期的开发成果之一。国内外的书刊已经对这类轧槽管的传热特性、流体力学特性作了报道。本文综合分析有关资料,对螺旋槽管的传热性能,螺旋管换热器的构造、性能、计算和热效率的评价作简单介绍。

新型螺旋管换热器的设计

主要介绍了螺旋管换热器的结构设计和在具有过冷情况下的热力计算方法。

应用于闭式河水源热泵系统的螺旋管换热器设计

为了设计应用于闭式河水源热泵系统的螺旋管换热器,采用数学模型和经验公式对闭式河水源热泵系统的螺旋管换热器的换热面积进行了理论计算,进而设计了螺旋管换热器的结构。根据上海松江地区的河水温度情况,通过试验研究了不同冷却水流量对螺旋管性能的影响。实验结果表明:此闭式河水源热泵系统螺旋管换热器的换热量为10.76kW,单位管长的换热量为27 W/m。实验方法得到的换热量与理论方法得到的换热量之间的误差为3.5%,说明设计螺旋管换热器的理论计算方法是可信的。

结构特征对螺旋管换热器性能的影响

目的研究结构特征对螺旋管换热器换热性能的影响,为换热器设计和结构优化提供理论依据。方法在CFD软件Ansys的FLUENT模块中模拟螺旋管换热器内流体的流动换热过程。在相同边界条件下,不改变总换热面积,通过改变换热器的换热管直径和壳体长度,研究几何参数对换热性能的影响。通过对比单管单螺旋、单管双螺旋、双管双螺旋和内外双螺旋等4种不同缠绕方式换热器中流体的温度分布云图,研究螺旋管的结构对换热器换热性能的影响。结果保持总换热面积不变,减少换热器的管径,增大壳体的长度,都能有效提高换热效率。与单管单螺旋结构的换热器相比,单管双螺旋结构换热器的流体出口温度下降了9.74%,平行双螺旋结构换热器的出口温度下降了5.05%,内外双螺旋结构换热器的出口温度上升了10.11%。结论在螺旋管换热器的设计和优化过程中,可以通过减小换热管径,增大壳体长度,采用内外双螺旋结构,以实现提高传热效率的目的。

螺旋管换热器热工水力计算分析

介绍了螺旋管换热器结构的特点及传热特性,并根据该换热器运行特点,建立试验测试模型,根据实验测试结论总结出适用于工程应用的传热关系式,为螺旋管换热器的设计计算提供了依据。

换热器螺旋管冷凝换热的数值模拟与实验研究

为了研究换热器螺旋管的冷凝传热性能,对R22制冷剂使用VOF模型在螺旋直径为300 mm、螺距为19.52 mm、管道直径为9.52 mm的换热器螺旋管进行数值模拟,分析换热器螺旋管的流场分布特性,研究了流体流速和饱和温度对螺旋管内换热性能的影响。通过实验研究了不同参数对螺旋管内换热性能的影响,对数值模拟的准确性进行验证。实验结果表明:在不同流体流速时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%~11%,在不同饱和温度时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%~8%,说明数值模拟方法和结果是合理的。研究成果为螺旋管换热器的设计优化以及空调热水器一体机的节能损耗提供了一定的参考。

竖埋螺旋管地热换热器理论模型及实验研究

对竖埋螺旋埋管地热换热器建立了传热模型,分析了流量、土壤传热系数对热输出的影响,并计算了等效传热系数、竖埋螺旋埋管换热器对土壤温度场的影响情况。在理论计算的基础上,对一竖埋螺旋管地源热泵系统进行了实验研究,对比分析了理论计算值和实验测试值,并分析了热泵系统的性能。

双热源螺旋管水箱换热器换热性能研究

建立了水箱换热的数学模型,通过实验验证了模型的准确性。以优化后的水箱模型为基础,模拟研究了上螺旋管距水箱顶面的距离、下螺旋管距水箱底面的距离、螺旋管弯曲直径与水箱直径之比、螺旋管螺距、水箱高度与直径之比、入口流速等参数对水箱换热效果的影响,并利用回归分析得到了螺旋管外侧努塞尔数Nu与各因素之间的拟合关系式。结果表明,螺旋管弯曲直径与水箱直径之比、螺旋管螺距、入口流速对螺旋管外侧Nu的影响较大。

组件式螺旋管换热器壳侧流场计算

为优化换热器组件间流量分配、提高换热器整体换热效率和组件寿命、为组件的排布设计提供理论依据,该文采用计算流体力学的方法,在一定的简化和假设基础上,针对一种典型的换热设备进行了整体流场分析以及单个换热器组件内的壳侧流场分析,给出了组件间流量分配规律和单个组件内的壳侧流场分布结果。计算结果表明:组件间流量分配主要受组件自身流动阻力的影响,并行排列的换热器组件能有效展平流量分配;单个组件内壳侧流场受螺旋管层位置结构的影响,呈现出较为复杂的分布。

螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性

将螺旋管式相变蓄能换热器应用于太阳能-空气源复合热泵系统中,搭建了该系统的蓄冷试验台并进行蓄冷实验。通过实验测得了系统各测点的蒸发压力、冷凝压力以及所研究的相变蓄能换热器内部换热材料的温度。通过理论计算得出各环节的能量以及COP,并且绘制出了这些参数随时间变化的趋势图。最后分析了整个蓄冷实验过程中各个参数的变化规律和影响因素,总结了螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性。

应用遗传算法优化设计200MW多头螺旋管式换热器

应用遗传算法以总传热面积和总压降为目标函数,以螺旋上升角、最内层螺旋管头数、螺旋管圈层数、螺旋管直径、径向节距、中心柱直径为6个决策变量,对某200MW多头螺旋管式换热器进行多目标优化设计。结果表明,2个目标函数间的Pareto解具有相互制约关系;Pareto曲线上总传热面积AZ≤1 811.8m2、总压降Δpz≤0.711 1MPa的点所对应的设计方案优于传统设计方案。该优化设计方法减小了设计者对经验的依赖性,且具有一定的通用性。

螺旋管式熔盐-氦气换热器对流传热试验研究

对一台螺旋管式熔盐-氦气换热器进行试验研究,并利用威尔逊法对试验数据进行处理,获得螺旋管式换热器用于熔盐-氦气对流传热的传热准则关系式。将关系式与经验公式对比分析,结果表明螺旋管式换热器在管程和壳程均能提高工质对流换热系数,同时为熔盐-氦气换热器的设计提供设计依据。

新型螺旋管换热器的设计

主要介绍了螺旋管换热器的结构设计，并探讨在具有过冷情况下的热力计算方法。

螺旋管式换热器吹扫阻力计算与试验研究

对于传热管束直径较小、结构较复杂的螺旋管式换热器,使用常规方法清洁其内部管束效果较差。基于高温气冷堆蒸汽发生器的清洁问题,建立了螺旋管式换热器吹扫阻力计算模型,对蒸汽和压缩空气2种吹扫介质的吹扫效果进行分析比较。在计算结果的基础上,选择压缩空气作为吹扫介质并对其吹扫过程进行了试验验证。研究结果表明,采用压缩空气吹扫清洁度符合相关标准,采用蒸汽吹扫可能会引起管子膨胀不均,推荐首选压缩空气吹扫方式。

螺旋管内超临界二氧化碳换热性能的模拟和试验研究

对超临界二氧化碳(S-CO_(2))在螺旋管内的对流换热性能进行模拟和试验研究。探讨了热流密度q、质量流量G、节距P、管内径d、螺旋半径R等流动、结构特性对流动传热的影响,并对各结构特性灵敏度做了量化分析;搭建了闭式循环的S-CO_(2)测试平台,对螺旋管内S-CO_(2)对流换热性能进行了试验研究,并基于试验工况数据验证了数值模拟的准确性;对数据进行处理,拟合出了S-CO_(2)的传热关联式。该研究为S-CO_(2)螺旋管式换热器的热力设计方法奠定了基础,并在核电及光热发电领域具有一定的工程应用价值。

螺旋管式换热器的流致振动研究

流体诱发振动广泛存在于管壳式换热设备中,而螺旋管式换热器由于体积小、换热效率高,近年来大量应用于各类工业换热设备。本文针对单根螺旋管进行流致振动分析,分别利用一维热工水力程序RELAP5、CFD软件FLUENT和有限元软件ANSYS计算螺旋管一、二次侧流体密度分布,一次侧流体的速度场和螺旋管模态振型,并在0、1、2、4、和8支承数下计算单根螺旋管的流弹失稳比和湍流抖振均方根位移比。计算结果表明,当螺旋管采用4个对称支承进行固定时可满足ASME流弹失稳和TEMA湍流抖振的设计标准。

潮汐影响下的竖埋螺旋盘管换热器实验研究

本文根据地源热泵实验研究的新方向——热渗耦合理论,在相似理论的基础上搭建了可以模拟潮汐涨落的地源热泵砂箱实验台。实验结果表明,潮汐的涨落对地埋管换热器与土壤间的热量传递产生一定程度的周期性影响,对围温度场的亦有周期性的影响。潮汐影响有利于地下埋管换热器周围土壤温度场的恢复,提高土壤源热泵系统的运行性能。