基于火积理论的螺旋折流板换热器结构优化

首次应用火积理论对螺旋折流板换热器进行优化结构分析。选取50%搭接的18°和27°的螺旋平面折流板换热器和改进的螺旋折面折流板换热器作为研究对象,且分别应用传热性能综合评价(PEC)准则和火积耗散理论对实验数据进行了分析。结果表明:随着有效度和传热单元数的增加,火积耗散数均减小。18°螺旋折流板换热器的性能明显优于27°螺旋折流板换热器,且在有效度或传热单元数相同的情况下,改进后的螺旋折面折流板换热器的性能也均优于螺旋平面折流板换热器。火积耗散理论与PEC准则分析结果的一致性,证明了火积理论对螺旋折流板换热器性能分析的适用性。同时发现,传热火积耗散数的大小是阻力火积耗散数的上千倍,说明传热火积耗散在总火积耗散中占重要地位。这对火积理论应用于螺旋折流板换热器的传热和阻力性能研究具有重要意义。

缠绕管排列方式对传热性能影响的数值模拟

文中采用ANSYS FLUENT模拟软件对所建立的三维缠绕管式换热器物理模型进行模拟分析。系统研究了不同工况下两种换热器内不同的绕管排列方式对缠绕管式换热器内速度场、压力场和温度场的影响,并采用PEC评价准则对两种换热器的传热性能进行评估。结果表明:由于交错排列型缠绕管式换热器壳程内部流体流线不停发生改变,从而增强了相邻管层间流体的混合,大大增强了壳程内流体流动的湍动能;流体在相同工况条件下,交错排列型缠绕管式换热器内各点处的湍动能值明显高于同向排列型缠绕管式换热器;交错排列型换热器的壳程速度与温度分布比同向排列型换热器更加均匀;交错排列型缠绕管式换热器的PEC值要比同向排列型缠绕管式换热器高(11.77~30.62)%,故在相同泵功率条件下交错排列型缠绕管式换热器单位换热面积可以传递更多的热量。

基于火积理论的螺旋折流板换热器的优化结构分析

为了比较平面螺旋折流板换热器和折面螺旋折流板换热器的传热和阻力性能,应用了换热器常用评价标准PEC准则和火积理论对两种换热器实验结果进行了分析,同时采用火积耗散极值原理对两种换热器的传热火积耗散率、阻力火积耗散率以及总火积耗散率进行了对比。结果表明:火积耗散理论分析换热器性能的结果与传统换热器评价标准PEC准则相符,说明了火积耗散理论的可靠性;折面螺旋折流板换热器的综合性能得到了有效的改进,火积耗散率也均优于原始结构,表明折面螺旋折流板换热器的性能得到较大改善;两种换热器传热火积耗散率值要远远大于阻力火积耗散率,约为阻力火积耗散率的一千余倍,说明传热损失为换热器的主要不可逆损失。