便捷填充U型管盐桥的制备与探索

Cu-Zn原电池实验是基础化学实验的重要组成部分,盐桥批量制备的品质是实验的关键,常规操作的温度高、消耗大、效率低。本文分别从U型管盐桥的填充材料和灌装方式两方面进行研究。针对盐桥的制作难度及功能特点进行探索,对琼脂和可溶性淀粉载体盐桥的导电能力、凝结时间进行分析。改进灌装方式,针对大批量盐桥制作需求,设计半自动式灌装机代替传统人力操作,提高盐桥的制作效率。为化学实验中盐桥的制备提供便捷高效的解决方案,提高相关实验数据的准确性和稳定性。

基于流热固耦合的U型管式熔盐换热器温度场与应力场分析

熔盐换热器因其系统压力低、运行稳定以及经济性能好等特点在太阳能、核能和高温制氢等领域得到广泛应用。由于熔盐运行温度高,冷热流体温差大,导致熔盐换热器主要部件中产生的热应力不可忽略。本文采用流热固耦合方法分析U型管式换热器的温度场与应力场,首先运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析获取了换热器主要热性能参数,并与实验结果进行对比,最大偏差约3.07%,验证了CFD流体仿真结果的准确性。在此基础上,对熔盐管壳式换热器运行工况下的传热过程进行了详细分析,获得换热器流场和温度场。最后,通过Ansys workbench有限元软件计算得到由流场、压力场和温度场耦合产生的应力场,并着重分析了与换热管及壳体相连接的管板的应力分布,给出了管板最高应力值及某些路径的应力变化规律。结果表明:应力较大的部位发生在管板的布管区与非布管的连接区域,位于近壳侧的换热管内壁处,距离管板下端面约2 mm的位置。可为熔盐换热器实际运行和结构设计提供重要参考。

某塑胶U型管注塑模具设计

针对塑胶U型管内壁型芯脱模难度大的特点,将U型管塑件内壁型芯分解为2个直型芯与1个圆弧型芯的拼合结构,在模具动模侧设计了3组油缸驱动抽芯机构完成3个型芯的抽芯动作。2组油缸驱动抽芯机构完成2个直型芯抽芯,其中1组在完成直抽芯过程中,同时驱动动模型腔、摆件板旋转10°,达到共同推动塑件在圆弧型芯上旋转预脱模,防止由摆件板单独推动塑件旋转脱模,引起塑件塑性变形;设计模具二次开模,解决了动模型腔在旋转过程中与相关零件干涉的问题;第3组油缸驱动齿条齿轮传动机构,带动摆件板推动U型管塑件旋转,完成圆弧型芯脱模运动,解决了传统圆弧型芯旋转脱模所需脱模空间大、出现运动干涉,以及圆弧型芯难以冷却等问题。

双U型地埋管换热器换热性能试验研究

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10^(6 )J/(m^(3)·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。研究结果可为关中地区浅层地源热泵系统的优化设计提供经验借鉴与数据支撑。

U形竖管内超临界甲烷传热异常行为机理研究

针对航空发动机的空气预冷系统U形竖管超临界流体传热异常问题,对超临界压力甲烷U形竖管内传热行为进行了数值研究。探究了热流密度、质量流量和运行压力对换热的影响,从超临界甲烷管内温度、速度、流动状态及无量纲数变化出发,阐述了超临界甲烷在U形管内异常传热现象形成的机理。结果表明,在较高热流密度(95k W·m~(-2))下,浮升力导致的自然对流是上升直管段内传热恶化的主要原因,运行压力的升高抑制了物性变化,促进了传热恶化向正常传热方向恢复。弯管段内的二次流使混合对流转变为强制对流,二次流形成的迪恩涡改善了径向温度分布不均匀性,强化了弯管段及其后续直管段的传热,且在弯管顶部位置传热的强化作用最为显著。

考虑U型管效应的注水泥套管变形问题研究

注水泥过程中的套管变形问题给固井作业带来了巨大挑战。基于U型管效应产生的机理,给出了真空段长度和返出排量的描述方程。考虑温度场对套管变形的影响,推导了传热学方程,用于预测井筒温度场。通过分析注水泥时套管受力情况,建立了相应的套管变形程度计算模型。以新疆油田Z井为例,进行了泵压、真空段长度、注入返出排量等参数的计算。结果表明,当井筒内出现U型管效应时,返出排量不等于注入排量;最佳的注入排量为12~14 L/s,此时套管变形量较小,且不会发生疲劳破坏。当在井口观测到泵压为0时,井筒内就会产生真空段,此时应重视U型管效应可能引发井下复杂。根据敏感性分析,注入排量对套管变形程度的影响最大。在设计注入排量时,可考虑变排量注水泥的设计方法,以便更好地解决该类问题。

Techno-economic analysis of single U-tube and double U-tube heat exchangers in Chongqing area

On the basis of practical projects in Chongqing,the thermal performance of heat exchangers (single U-tube type and double U-tube type) of the ground-source heat pump (GSHP) system in the hot summer was obtained and analyzed. The data obtained from test could match with the result deduced from theoretical calculation. From the test results,the cooling capacity of double U-tube is 1.6 times that of single U-tube. Taking cost per depth per watt Clq as the evaluation standard,Clq of single U-tube is 4.69 RMB$/W,and Clq of double U-tube is 3.14 RMB$/W. The double U-tube heat exchangers usage should be prioritized.

U形污水换热管中颗粒污垢沉积特性研究

分析了不同污水流速、污水黏度、颗粒浓度及颗粒粒径下颗粒污垢在换热壁面上的沉积、剥蚀及热阻的变化情况。结果表明:污水的流速、黏度及颗粒的浓度对颗粒污垢的沉积情况影响较大,在其他参数不变的情况下,当流速由0.5 m/s增大到1.5 m/s时,沉积速率增大了2.3倍,剥蚀达到稳定的时间缩短为原来的1/6,污垢热阻减小56%;当污水的黏度由0.0010 Pa·s增大到0.0030 Pa·s时,剥蚀达到稳定的时间延长1.27倍,污垢热阻增大1.25倍;当颗粒浓度由400 mg/L增大到800 mg/L时,剥蚀达到稳定的时间增加约1倍,污垢热阻增大约1倍;颗粒粒径对污垢沉积特性的影响较小,当颗粒粒径由1μm增大到40μm时,沉积速率仅增大14%,污垢热阻仅增加12.8%。研究结果可供污水换热器设计、运行及除垢参考。

内外流作用下的U型管流致振动分析

为了探究U型管在内、外流体共同作用下的流致振动特性,基于ANSYS Workbench平台采用单向流固耦合方法,对外流为空气及内流为水联合作用下的单根U型管的振动特性进行了研究。结果表明,系统主要激励来自外流,外流会影响系统稳态响应的振动幅值及频率;内流对平均位移及固有频率影响则更为显著,内流对U型管各阶固有频率的降低幅度约为11.9%;由于内、外流体力的作用方向存在差异,每一个外流流速都存在一个最佳减振内流流速,某些流速组合(例如vout=10 m/s,vin=6 m/s时)可以使U型管的平均位移降低90%以上。

U形管内气液两相流诱导振动特性的试验研究

试验研究了横向U形管内气液两相流诱导振动的动态响应特性。重点研究了流型形式、气相表观流速U_(g)、液相表观流速U_(l)、体积含气率β等对振动响应强度a_(rms)的影响。结果表明,横向U形管振动主要表现为面内方向且为某一阶固有频率附近的低频振动,同时表现为拍振现象。U形弯头轴向不同测点振动频谱幅值呈现近似抛物线变化,在弯头90°处达到最大。a_(rms)由大到小依次为段塞-波形流、环状-波形流、环状-弥散流、塞状-泡状流和分层-塞状流。当U_(l)固定时,a_(rms)随U_(g)的增加呈现先缓慢增长而后快速增大的趋势,快速增大的分界线约为U_(g)=1 m/s;当U_(g)固定时,a_(rms)随U_(l)的增加逐渐增大。当β较小时,a_(rms)随β的增加呈现非常缓慢的增长趋势;当β增加到某节点时,振动强度快速增大,且快速增大的β节点值随液相表观流速U_(l)的增加而降低。

段塞流诱导水平U型管振动数值仿真研究

基于计算流体力学和计算结构动力学方法,对气液两相流诱导水平U型管振动进行数值仿真研究。对比分析气液两相流典型流型,重点研究了段塞流工况下流体动态激励特性和管道振动响应特性。结果表明:段塞流是振动最强烈的流型;在气相折算速度不变的情况下,随着液相折算速度的增大,段塞速度和段塞频率增大,段塞长度减小;水平U型管两弯头的振动响应基本对称;段塞频率、流体激励力、管道模态以及振动响应之间相互关联。本研究可为气液两相流流固耦合振动数值仿真提供参考。

基于有限元模拟的U型管干湿模态固有频率研究与支撑优化

基于ANSYS有限元模拟,研究了U型管干模态和湿模态的固有频率随R/l_(1)(U型管回转半径与直管长度的比值)的变化规律,并研究了通过加支撑的方式来使直管段较长的U型管结构维持较高的固有频率,避免低频共振的发生。结果表明:在R/l_(1)=1.115、l_(1)/l=0.318(其中l为支撑间距)左右时,采用多跨支撑的方式可以在采用较少支撑的基础上使目标U型管结构的干湿模态固有频率提高几十倍。

镓铟锡合金—航空煤油U型套管换热器的传热特性研究

以液态镓铟锡合金作为冷却剂的换热方案有可能成为解决发动机燃烧室壁面温度过高的优良方案。液态镓铟锡合金在吸收燃烧室壁面的热量后需通过换热器将热量传递给飞机上的燃油,燃油在换热过程中伴随着裂解反应。对镓铟锡合金-航空煤油U型套管换热器内航空煤油的裂解与换热特性过程进行研究。研究结果表明:与不考虑裂解反应相比,考虑裂解反应的换热过程的热侧流体出口温度降低了14.39K,冷侧流体出口温度降低了5.85K,传热量增加了28.9W。其出口温度降低,同时传热量增加是由于裂解反应提供的额外的化学热沉。RP-3入口温度、RP-3入口流量、镓铟锡合金入口温度、镓铟锡合金入口流量对两侧流体的出口温度和传热量均有显著的影响。RP-3流量增加的情况下裂解反应对传热起增强作用;镓铟锡合金流量增加时,裂解反应对传热起恶化作用。裂解反应引起的传热强化与恶化相伴相随。与此同时发现换热器内高流速流体区域沿着流动方向逐渐向管外侧偏移,管内温度分层现象显著,流场分布的不均性明显。

浅谈钛制U形管换热器设计注意事项

以钛-钢复合板作为U形管换热器壳程和管箱筒体材料,壳体纵、环焊缝内部钛贴条和盖板处凸起,导致分程隔板和U形管束在装配过程中与钛贴条或盖板干涉无法安装。以实际U形管换热器为例,提出在分程隔板上开槽,减小折流板直径并在壳程筒体增设垫环的设计方案,且经实践证明该方案安全可靠。

U形管内含水航空燃油流动及换热特性数值模拟

为探究航空发动机燃油管路内流动及换热特性,建立发动机外部U形燃油管路含水燃油离散相模型(DPM)进行数值模拟。结果表明:体积含水率(≤10%)越高,U形管全管段的压降梯度越大,换热系数越高;流动分离、迪恩涡、离心力作用和油水两相相互作用导致流动阻力增大,是弯管段压降梯度明显大于一般直管的主要原因。不同流量条件下:迪恩涡引起的燃油横向输运和二次流流速分布对弯管段的周向换热不均现象影响较大,弯管内、外侧的换热系数大小关系可以根据弯管段迪恩数判定。环境温度不变,流量越大,U形管全管段压降越高,沿程换热系数越大,且含水率越高,流量对压降梯度的影响越明显;流量不变,环境温度越低,U形管全管段压降越高,沿程换热系数越小。

低压给水加热器U形换热管弯曲半径改制方案

对低压给水加热器U形换热管穿错行的原因进行了分析,同时,为了解决弯曲半径R418备用管预留不足的问题,提出了利用其他弯曲半径备用管改制的详细方案并进行了验证。结果表明:利用邻近且弯曲半径稍大的U形换热管备用管进行改制,这种方法可行。

微量润滑技术在换热器U管成型中的应用

文章主要从微量润滑供油装置的工作原理、结构设计、方案验证等方面,对微量润滑技术在空调换热器U管成型中的应用进行研究,以解决现有技术中存在的敞口式气动供油不均匀、分散、环境污染等问题。

基于双U管的热响应试验与室内瞬态法试验的差异分析

由于含水率变化等原因,可能使实验室所测数据与实际土壤情况相比发生了改变,因此所测结果有可能并不能准确反映地下岩土的真实情况。因此,本文利用工作区内已做的8个基于线热源模型数据处理的热响应试验孔所测试的数据结果与实验室采用瞬态法测试的165件热物性测试样品数据进行差异分析,量化分析其差异规律性,为参数的准确性与可靠性提供数据支撑。

高压换热器U形换热管泄漏失效机理分析与预防

某化工厂高压换热器E1103A/B更换管束运行18天后出现管束泄漏现象,采用化学成分分析、金相、硬度测定、微观形貌观察及能谱等分析手段,结合工艺过程对换热管失效原因进行了全面研究。结果表明:该换热器工作温度处于NH4Cl结晶温度区间,注水冲洗铵盐时会形成氯离子介质环境,换热管U形弯处存在内应力,换热管内表面有一层厚度为0.1~0.25mm的低铬高硬度(HB200)金相异常层,该异常层诱发了氯离子应力腐蚀开裂。

不同材质U形伴热管伴热均匀性研究

为了防治冻土地区地埋输水管道在传统伴热方式下热量损失对冻土造成的融沉影响,提出一种在管道内置的U形伴热管作为输水管道内伴热管的伴热模型。通过数值模拟分析的方法,研究了不锈钢和PPR两种不同材质U形伴热管对输水管和冻土层温度的影响。结果表明:采用PPR材质U形伴热管时,输水管道内的温度均匀性更好;不锈钢伴热管对输水管内和冻土温度的影响较大,相比U形PPR伴热管,输水管内温差达3.55℃。