基于双因素优选法和Taguchi法的涡流发生器结构及布置优化

为提高换热器性能,在雷诺数为1 000~4 400时,通过数值模拟方法研究新型双面交错排布式的涡流发生器的开孔方案及数量变化对翅片管式换热器传热和流阻特性的影响。采用双因素优选法设计涡流发生器结构,通过Taguchi法对布置位置进行优化设计,利用换热因子、摩擦因子和综合性能评价系数等指标对不同方案下翅片管式换热器的热工性能进行比较。结果表明:与单面布置涡流发生器的方式相比,双面布置方式综合性能更佳;涡流发生器开孔数量增多并不能使得摩擦因子持续下降,靠近涡流发生器尾端且仅开一个孔时综合性能较优;涡流发生器在第四排管布置与否对换热及流阻的影响不大,综合性能差异不大,但是随着涡流发生器继续减少,综合性能出现较大衰减。

翅片管换热器内烟气对流换热模拟研究

以螺旋翅片管式换热器为研究对象,选取烟气进出口压降表征换热器流动阻力的大小、努塞尔数(Nu)表征换热器对流换热的强弱,利用Fluent软件模拟分析不同烟气流速下翅片结构参数对换热器流动阻力和换热效果的影响,并引入性能因子综合评价翅片结构参数对换热器换热性能的影响。结果表明:烟气流速一定时,翅片高度增加、厚度加厚和间距缩短均会使换热器进出口压降和Nu增加,在增大换热器流动阻力的同时,换热效果得到增强;翅片结构参数和性能因子的变化规律与Nu相反,选取高度较低、厚度较薄、间距较稀疏的翅片参数时换热器的综合性能更好;此外,与结构参数不同,烟气流速加快时Nu和性能因子均增大,能提升翅片管换热器的综合换热性能。

某立式蛇形翅片管换热器等效热力计算

某立式蛇形翅片管换热器的性能计算主要利用软件进行,但实际设计制造时由于制造原因和软件限制原因,实际布管与热力计算时软件的布管并不一致,实际布管根数为软件布管根数的2倍,这将很大程度上影响管内流体流速,从而影响管内传热系数。为了评估管内传热系数对总传热系数的影响,针对布管的不一致进行了热力计算的等效研究。结果表明,当管外传热系数远远小于管内传热系数时,管内传热系数对总传热系数的影响较小,可以直接利用软件计算结果进行换热器结构设计。希望通过这一实例的分享可对往后类似的工程项目提供参考。

涡流发生器选择性布置方式对换热器性能影响

为提高换热器性能,在雷诺数Re为500~3000范围内,通过数值模拟方法研究三角翼涡流发生器的15种不同布置方式对平直翅片管式换热器的传热和流阻特性影响。结果表明:在涡流发生器布置排数相同时,涡流发生器越靠近迎风侧,换热因子j提升幅度越大;所研究的15种排列j/j_(R)均随Re数的增大而增大。大部分情况下的f/f_(R)随着Re数的增大而增大。换热器迎风侧前两排加装涡流发生器(即case B1布置方式)的翅片管式换热器的α_(JF)(评价系数JF)提高了10.15%~11.12%,综合性能最佳。

波纹开缝翅片管换热器传热与流动性的数值模拟

提出一种波纹开缝翅片管换热器,对其传热与流动特性进行三维数值模拟,选择Re范围在1 000到5 000时与平板开缝翅片的模拟相比较。结果表明,在Re小于2 752时,平板开缝比波纹开缝的换热效果好,而Re大于2 752时,波纹开缝比平板开缝换热效果更好,并且波纹开缝翅片管换热器的流动阻力小于平板开缝,因此,Re大于2 752时波纹开缝比平板开缝综合效果更好。

纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化

纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数(攻角,数目,摆放位置)进行了优化。结果表明:纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%～87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%～72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。

H型鳍片管传热特性的数值模拟及验证

基于Fluent软件,利用Realizablek-ε湍流模型对H型鳍片管的传热性能进行了数值模拟,分析了管排数与纵向间距对H型鳍片管传热系数的影响.在计算的基础上得出了H型鳍片管传热系数的计算公式,并对该公式进行了验证.结果表明:烟气流速越高、纵向管排数越少、纵向间距越大,传热系数越大;计算值最大误差为8.3%,最小误差为5.6%;该公式计算结果与验证算例、文献试验值及已有公式的结果较吻合.

低温工况下翅片管换热器的设计计算

采用分段模型将气化压力高于介质临界压力的翅片管换热器内低温介质的气化过程分为液相、气相两个传热区。同时考虑气化过程中翅片管表面结霜情况,对低温介质在翅片管换热器内的吸热气化过程进行传热分析,给出了适合各分区传热特性的计算关联式,为工程设计提供参考。

管翅式换热器管路布置优化设计的数值研究

采用分布参数法模型对常见的双流程管翅式换热器,在不同的空气及制冷剂进口状态下的工作性能进行了数值研究,对管路布置提出了改变不同流程管径比的优化设计方案,并从数值模拟的角度给出了验证。数值计算结果表明改变两流程之间的管径比可以优化换热器的换热性能,而且两流程的管径之间存在一个最佳比值0.8,在该最佳管径比下,换热器的换热性能在不同工况下均比相同管径提高6%～11%,同时可以使空气侧的阻力损失减少2%。

周期性模型在管壳式换热器数值模拟中的应用

根据管壳式换热器的结构特点,提出了周期性全截面计算模型用于其流场和温度场的数值模拟。采用该模型的计算结果与壳程整体模型的计算结果对比,误差在10%以内,证明了该模型的合理性和模拟结果的正确性,为实现具有复杂壳程结构的管壳式换热器的数值模拟提供了一种新方法。基于周期性全截面模型的计算结果,提出了对折流杆换热器周期性单元流道模型的修正算法,改进和完善了周期性单元流道模型的实用性和适用性。

对具有复杂流路布置的翅片管换热器的性能仿真与分析

With the help of the description methods in graph theory and the adaptive adjustment method, a steady sate simulation model for fin-and-tube heat exchanger with complex circuit arrangement was developed.This model could provide better compatibility and accuracy for the design of heat exchanger with complex circuit arrangement.Using this model, six typical fin-and-tube heat exchangers with different circuit arrangements were analyzed.The counter flow arrangement could not always achieve the best performance.With appropriate compound arrangement, the performance of heat exchanger could be improved by 2%—4%.

水─空气翅片管换热器实验研究与数值模拟

通过对翅片管式换热器的设计和实验研究，得出了该换热器的性能曲线，此外还对换热器内部流场和温度场进行了三维数值模拟计算。从实验和模拟结果分析可知，实验所得传热因子j较模拟结果有12％范围内的减小，而阻力因子，有4％～16％的增大；翅片间距和管排密集度对翅片管换热器性能影响很大，减小翅片间距和增大管排密集度均能增强换热器的换热效果，但压力损失也明显增加。

圆弧形三角翼翅片管换热器流动与传热特性的数值模拟

采用三维数值模拟方法对加装圆弧形三角翼和直三角翼涡流发生器的翅片管换热器的流动与传热耦合特性进行了研究.结果表明:Re在500～5 000时,圆弧形三角翼和直三角翼均可以提高换热器的传热能力,圆弧形三角翼强化传热的效果略低于直三角翼,但其流动阻力明显小于直三角翼;换热管顺排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了7.3%～11.5%;换热管叉排布置时,圆弧形三角翼换热器的综合性能比直三角翼提高了8.2%～9.5%;涡流发生器可以使流体产生垂直于翅片方向的速度分量,改善流场中速度场和温度场的协同性,从而增强传热能力.

平直翅片管翅式换热器减阻强化传热数值模拟

借助Fluent软件,采用边界加密的六面体网格,建立了平直翅片管翅式换热器三维物理模型。在层流假设的基础上,利用具有二阶精度的QUICK差分格式,对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。根据得到的换热器通道内的传热与阻力特性,提出了可以通过控制宏观流场来减阻强化传热的思想,给出了一种在工程上容易实现的方法,并进行了相应的数值计算。结果表明,新方案使传热Nu数平均提高了7.24%,而阻力系数下降,且最大下降达6.39%。

组合式翅片管换热器传热与阻力性能影响因素研究

为解决空气源热泵冬季在制热工况下因室外机内翅片换热器换热效率低引起系统供能性能下降的问题,以组合式翅片管换热器为研究对象,在模化实验的基础上,采用数值模拟的方法分别对翅片换热器的传热及流阻性能影响因素进行分析。研究结果表明:在本文研究背景下,入口风速、翅片厚度、开缝数目对前开孔后开缝型的翅片组合形式换热器传热效率具有一定程度的影响;以上述三种因素为目标函数对换热器进行多目标优化时,入口风速取3 m/s,翅片厚度为0.16 mm,后排开缝数目为6,换热器能得到较好的综合性能;在此基础上,拟合出适合于该组合形式的传热和流阻关联式。

矩形翅片椭圆管热交换器流动和换热特性的数值模拟

利用CFD计算方法,对矩形翅片椭圆管热交换器进行了数值模拟,得到其在不同风速下的流动和换热特性,并就椭圆管和圆管之间阻力与换热特性进行了计算比较,分析讨论了片距及管排数对阻力特性的影响,为风洞热交换器设计提供依据。

非对称翅片管换热器传热和阻力特性的数值分析

基于COMSOL软件建立了一种非对称翅片管换热器的三维模型,对空气侧的流动和传热特性进行了数值研究,与平直翅片管换热器进行对比,并进一步分析了不同雷诺数下交错角β对非对称翅片管换热器性能的影响.结果表明:在Re为3 239~9 700内,与平直翅片管换热器相比,非对称翅片管换热器的传热因子增大,平均增大量为13.95%,阻力因子减小,且随着Re增大其减小效果更加明显,平均减小量为4.80%;以MJF作为评价标准,且其他结构参数不变时,β=30°时MJF最大,换热器的综合性能最好.

翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟

在对大型翅片管式换热器结构合理简化的基础上,应用CFD和数值传热学方法,建立了翅片管式换热器内部流动与传热的数学模型,得到了其内部流场和温度场的分布规律。并将数值模拟结果与现场应用数据比对分析,结果表明,研究方法可行,能为换热器的设计和改进提供参考和借鉴。

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟

借助CFD软件对3种不同类型的翅片管式换热器（平直翅片、均匀波纹翅片和倾角渐增波纹翅片）的流动传热性能进行了三维数值模拟计算，得出了在不同入口风速下各流域中心面的温度场、压力场和速度场分布图，计算出各翅片表面在不同风速下的平均传热系数和阻力系数，并与相关实验数据对比，证明该数值模拟的正确性．研究结果表明，倾角渐增波纹翅片的平均努谢尔数比平直翅片的高13．8％～29．3％，比均匀波纹翅片的高5．5％～10．3％，其强化传热效果显著．

螺旋内肋扭曲管换热与流阻性能研究

将两种现行的热流强化换热技术结合起来,提出螺旋内肋扭曲管这一新型强化换热管,利用ANSYS ICEM CFD对该强化换热管进行网格划分和网格独立性考核,利用Fluent分析比较了螺旋内肋扭曲管、扭曲管和圆管3种换热管的雷诺数Re在2300~50000范围内的换热和流阻性能,得出其努赛尔数Nu、阻力系数f、等泵功准则下综合评价指标PEC及热势容差-火积耗散ΔE的变化关系,结果表明,螺旋内肋扭曲管具有优于扭曲管的综合换热性能,具有较好的研发潜力和较高的工程应用前景。