Evaluation of the heat transfer performance of helical coils of non-circular tubes

This study addresses heat transfer performance of various configurations of coiled non-circular tubes, e.g., in-plane spiral ducts, helical spiral ducts, and conical spiral ducts. The laminar flow of a Newtonian fluid in helical coils made of square cross section tubes is simulated using the computational fluid dynamic approach. The effects of tube Reynolds number, fluid Prandtl number, coil diameter, etc., are quantified and discussed. Both constant wall temperature and constant heat flux conditions are simulated. The effect of in-plane coil versus a cylindrical design of constant coil, as well as a conical coil design is discussed. Results are compared with those for a straight square tube of the same length as that used to form the coils. Advantages and limitations of using coiled tubes are discussed in light of the numerical results.

超短激光微加工数学建模优化分析

超短激光微加工进行优化时涉及到多个参数,而这些参数间往往存在着复杂的相互关系,导致优化方法的优化性能较差。为此,提出超短激光微加工数学建模优化分析方法。首先,基于导热微分方程分析超短激光微加工在表面产生的热累积作用,根据分析结果构建超短激光微加工的数学模型;然后,通过数学模型,分析不同抛光参数对加工过程中的热效应和热应力的影响程度;最后,采用递阶结构对硬化层的分布平均性、表面层深与硬度等目标进行优化,以此构建超短激光微加工数学优化模型,实现优化分析。实验结果表明:运用该模型后平均加工精度高达99%,粗糙度最低时仅为5%,光洁度与均匀性均达到了90%以上,具有较好的实用性。

单相受热管集中参数简化模型的讨论

对单相受热管集中参数模型进行简化,将管壁金属热容与工质热容合并考虑,由此得到的集中参数简化模型,由于模型简单,在工程中得到广泛的应用。本文以理论分析为基础,以分布参数模型为标准,对简化模型与集中参数模型所具有的模型精度进行了全面的定量比较。文中还分析了分段数对集中参数及其简化模型精度的影响,发现存在很大差别。对于简化模型存在的最佳分段数,文中也作了推导。

管壳式换热器壳程流动和传热的数值模拟研究进展

介绍了管壳式换热器壳程流体流动和传热的数值模拟的国内、外研究状况及其发展方向。

高凝原油井筒温度场影响因素研究

高凝原油由于含蜡量高、凝固点高,井筒结蜡严重,开采效果差。根据传热学基本原理,建立了高凝原油井筒温度场数学模型,并选取了潍北油田的4口生产井,对影响井筒温度场的因素进行了分析。结果表明,油井产液量、体积含水率、油管导热系数和电热杆加热功率对井筒温度影响较大,生产时间对井筒温度的影响较小;油井产液量、油管导热热阻和电热杆加热功率的增加对改善井筒结蜡状况有利,而体积含水率(乳化水)的增加对井筒结蜡具有恶化作用,井筒电热杆加热存在最优的加热参数;采取增产(如提液、压裂、注水等)、原油破乳、保温油管以及井筒电热杆加热等措施,可有效改善高凝原油的流动性,实现高凝原油的正常举升。

单相受热管动力学模型

对电站锅炉等热力设备动态特性分析与实时仿真需要的单相受热管的集总参数动力学模型、分布参数动力学模型等各种形式做了综述性论述．特别对其特点、简化、修正及应用方面做了客观评价。

单相受热管动态数学模型的改进

为提高多段集总参数模型的仿真精度,用动态方程代替静态方程计算控制体管壁放热量,建立了一种新的单相受热管集总参数动态数学模型.将机理模型中偏微分方程的时空分离,采用集总和解析相结合的方法,推导出管内工质温度分布的解析解,再由传热微元方程积分得到管壁放热量的动态方程式.新模型具备稳定、通用和可显式求解的特点.理论精度分析结果表明:模型的响应初终值不存在静态误差;均分3段时的计算结果明显优于传统多段模型均分5段时的计算结果.对某台超超临界压力锅炉过热器的仿真实验表明:新模型在入口温度阶跃响应方面改进明显;纯延迟时段内模型的计算结果基本与分布参数模型吻合.相比传统的多段模型,在相同条件下新模型可采用更少的分段数,且能更好地反映管内工质的输运延迟特性.

竖直管内降膜-高速空气环状两相流的蒸发换热特性理论分析

通过理论分析 ,研究了竖直传热管内降膜 -高速空气环状两相流的蒸发换热特性 .结果表明 ,在直径 2～ 3mm的细小管内 ,重力的影响可以忽略 ,气液间摩擦力起支配作用 ;在直径 1 0 mm左右的普通尺寸管内 ,重力的影响不能忽略 ;在直径更大的管内 ,重力的影响起支配作用 .对定热流密度条件下的换热特性得到了数值解并整理成简化计算公式 .研究结果对竖直传热管内水

管壳式换热器瞬态换热性能分析

通过理论分析,分别以壳程流体、管程流体、管内外壁为研究对象,建立了管壳式换热器瞬态换热数学模型.模型中很好地解决了顺流和逆流同时存在的问题.在此基础上借助于仿真手段对管壳式换热器的瞬态换热性能进行分析,为了减小线性化方法带来的误差以及提高计算的准确度,仿真计算时所采用的数学模型未进行线性化处理,而直接采用非线性化方程进行程序编写.仿真结果与换热器实际运行数据吻合很好,说明所建立的数学模型可用于同类换热器瞬态换热性能分析.通过对换热器瞬态换热性能的分析,可清楚地了解换热器的动态换热特性,为换热器设计及控制提供理论依据.

日光温室地下热交换系统的理论研究

运用传热学的基本理论,建立了日光温室地下热交换系统土壤温度场的数学模型,编制了计算机求解软件。该软件可以用于分析地下热交换系统热特性和土壤温度场的分布状况。它是日光温室地下热交换系统设计和优化设计的基础。

钢管头尾增厚端壁厚分析及数学模型建立

通过对钢管头、尾增厚端壁厚进行测量,对其分布形态进行回归分析,模拟出了头、尾增厚端壁厚变化规律的线性和非线性数学模型,并对二者的拟合精度进行比较。比较后发现,以减径率、平均张力系数作为线性模型的主要影响因素时,增壁率的拟合精度高,增厚端长度的拟合精度较差;但采用非线性模型进行拟合时,增厚端壁厚和长度的拟合精度都非常高。这为实际生产中切头、尾长度的预报提供了理论依据。

间接换热式列管回转干燥机传热系数的研究

通过对间接换热式列管回转干燥机传热机理的理论分析,采用扬子石化化工厂三线氧化干燥机110%负荷下的真实工业数据,对其进行物料和热量衡算,对影响传热的各种因素进行了系统的分析,建立了可用于工业化生产设计的干燥机总传热系数数学模型,并且经过了扬子化工厂三线真实数据的验证,证明其具有可靠性。

肋片管式换热器表面结霜问题的研究

针对平肋肋片管式换热器的结霜过程 ,建立了数学模型 ,考虑了霜层密度变化和霜层阻力引起空气流量减小等因素。对结霜量随时间的变化和霜层密度的变化进行了数值分析和实验研究 。

稠油开采双管拌热传热过程研究

为了进一步了解采用双管拌热技术开采稠油油藏时的井筒温度分布情况,利用井筒热传导机理研究了主管内流体温度和压力的变化情况。双管拌热技术开采过程是先通过主油管向油层注入大量蒸汽,随后焖井数天,使蒸汽和地层充分进行热交换;然后,在副管拌热条件下由主管采出。对采出过程建立了双管拌热中温度场的数学模型,并对国内某油田提供的实验井数据进行了数值模拟和分析。

采用辐射管加热的辊底式热处理炉数值仿真及其分析

以某公司拟建的采用辐射管加热的辊底式热处理炉为研究对象,在详细分析其传热机理的基础上,建立了炉内钢坯加热过程的二维传热数学模型。采用交替隐式格式的TDMA数值计算方法,开发出了采用辐射管加热的辊底式热处理炉钢坯加热过程二维传热模型计算机数值仿真系统,并进行了大量的数值仿真计算。所得结论为该公司即将开展的辊底式热处理炉模型优化控制奠定了坚实的理论基础。

热管式真空管太阳能聚光集热系统传热特性分析

该文设计了一套最高可提供473 K高温热水的热管式真空管太阳能聚光集热系统,为研究该系统的传热特性并为系统设计提供理论依据,建立了热管式真空管太阳能聚光集热系统传热过程的一维数学模型,计算并分析了该系统的传热性能。计算结果表明,该文设计的热管式真空管太阳能聚光集热系统的瞬时热效率均高于70%,且随太阳直射辐照强度和环境温度的升高逐渐升高,随传热流体温度和风速的升高逐渐降低。热管式真空管接收器内工质的工作温度和压力也随太阳直射辐照强度、传热流体温度、环境温度及风速的变化而变化。在该文计算条件下,热管的工作温度在327.6~503.2 K,工作压力在0.016~2.8 MPa,符合以水作为热管工质的最佳工作范围(293~523 K)。环形区域压力和渗入气体种类对集热系统传热性能也有明显影响。当环形区域压力P<10^(–3) Pa时,接收器热损失较小且随压力变化基本保持不变;当P>10^(–3) Pa时,随着环形区域压力升高,接收器热损失逐渐增大。另外,环形区域渗入气体的导热系数越大,接收器热损失越大。该研究对了解热管式真空管太阳能聚光集热系统传热特性、优化集热系统结构、指导系统设计具有一定的实用价值。

稠油双管拌热开采的传热模型及其应用

双管拌热开采与其他稠油开采方式相比,在某些油藏条件下具有明显的优势。在稠油油田开采中,双管拌热开采占有很大的比例。双管拌热的热传导机理比单管注蒸汽开采复杂,给研究双管拌热开采时井筒温度的分布带来了困难,为此,建立了一种井筒伴热数学模型。通过给出的相应参数,进行了模拟计算和对比,其结果符合双管拌热及传热的实际情况。

圆管内中低含汽率下临界热流密度的数值预测研究

采用汽泡边界层的形成和长大、造成近壁区汽泡雍塞， 从而阻碍汽泡层和主流区的湍流交换的机理， 建立了圆管中低含汽率临界热流密度（ＣＨＦ） 的预测理论模型。经过与Ｔｈｏｍｐｓｏｎ 和ＭａｃＢｅｔｈ的ＣＨＦ 数据库比较， 表明在圆管内中低含汽率工况下， 预测结果和实验数据符合得较好， 本文所提出的模型可用于圆管内中低含汽率工况下ＣＨＦ 值的预测。

固体吸附式冷管循环工作过程的动态模拟与分析

针对余热驱动吸附式冷管单元(直径16mm,总长1020mm)制冷循环过程的变压吸/脱附特性,采用线性驱动力(LDF)模型,建立了动态的传热传质数学模型。对吸附式冷管的主要部件——吸附器和冷凝/蒸发器在加热解吸和冷却吸附不同阶段的工作过程,分别建立了耦合的动态方程。对所提出的模型进行分析和合理简化后,利用数值方法对模型进行了求解,获得了冷管单元吸附器、冷凝/蒸发器的循环工作参数的动态变化规律,计算结果与实验结果较好地吻合。为吸附式冷管单元及其组合式制冷系统进一步的优化设计和实用化的改进研究提供了重要参考。

辐射管的传热模型及实验研究

本文以数学模型和实验为手段，研究了在不同操作参数的条件下，辐射管壁面温度和管内气体温度的分布状况及变化规律。实验表明，理论计算值与实验结果吻合较好，可以用本文结果指导辐射管的现场操作，以延长辐射管的使用寿命．提高辐射管对带钢的加热质量。