椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器传热传质性能及实验研究

介绍了一种椭圆型套管-管翅式蒸发式冷凝器,通过搭建的蒸发式冷凝器性能测试实验系统,研究该蒸发式冷凝器在不同循环水配比、不同地区环境以及“风冷”“水冷”“蒸发冷凝”和“全工况”4种不同运行模式下的传热传质性能与运行特性的变化规律。结果表明:在相同条件下“全工况”模式的热流密度高于“风冷”和“蒸发冷凝”两种模式,而“水冷”模式由于其传热面积远小于其它模式,所以其热流密度最高;“全工况”模式在保持配风量及循环水总量一定的条件下,热流密度随循环水配比的增大而先增大后减小,喷淋水与冷却水的流量最佳配比为2∶5;“全工况”模式在严寒干燥地区、寒冷地区以及夏热冬暖地区的总热流密度分别为5879.64、3964.28及2933.05 W/m^(2),因此不同地区环境运行的传热性能相差较大,该冷凝器“全工况”模式在空气干燥的地区,喷淋冷却水温度范围为13~18℃运行时传热性能较优。在相同的条件下,“蒸发冷凝”模式的水膜传质系数高于“全工况”模式,且两者均随喷淋密度的增大先增大后减小。

辊道窑尾部热交换器传热特性及涡流强化

辊道窑烟气余热回收作为建陶企业节能降碳重要技术举措,回收烟气离不开热交换器。为提升AlN陶瓷换热器的流动传热性能,分析了翅片管AlN陶瓷换热器的热阻占比,通过建立翅片管AlN陶瓷换热器的流动传热模型,模拟研究了翅片间距、翅片厚度、管间距和涡流发生器对换热器流动传热性能的影响。结果表明:AlN换热器管外空气换热热阻为主要热阻,占比达到85%以上;当翅片间距、管横向间距、管纵向间距增大时,Nu增大,压降减小,三者对Nu值和压降影响较大;当翅片厚度增大时,Nu减小,压降增大,但翅片厚度对Nu值和压降影响较小;在所模拟的结构参数中,当翅片间距为5 mm、翅片厚度为1.2 mm、管横向间距为12 mm、管纵向间距为16 mm时,AlN陶瓷换热器综合性能最好。相同计算工况下,与光管AlN陶瓷换热器相比,翅片管AlN陶瓷换热器的总传热系数提升了378.24%~466.41%,与翅片管AlN陶瓷换热器相比,涡流发生器翅片管AlN陶瓷换热器的总传热系数提升了32.78%~88.76%。

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。

锥形内翅片管传热性能数值模拟研究

针对传统内螺纹翅片管的翅片高度较低,对热边界层的扰动较弱,传热性能不高等问题,基于计算流体力学理论,利用Fluent仿真软件,在雷诺数为10000~18000时,通过对内螺纹翅片管和一种锥形内翅片管数值模拟结果进行比较发现,锥形内翅片管的传热性能远高于内螺纹翅片管。此外,对锥形内翅片管的齿条数、翅片间距以及翅片高度分别进行数值模拟发现,当齿条数N=45时,锥形内翅片管的Nu值较大,约是光管的2倍;当翅片间距越小时,Nu值越大;在L=0.6 mm时,努塞尔数取得较大值,约为光滑管的1.6~1.9倍;高度h=0.7 mm时,努塞尔数有较大值,约是光滑管的1.95~2.01倍。结果表明,齿条数越多,翅片间距越小以及翅片高度越高的锥形内翅片管具有良好的传热性能。这种翅片管具有传热面积显著增大、翅高显著提高以及可以更好地破环热边界层等优点。通过比较不同的结构参数下对应的翅片管的摩擦因数、努塞尔数和综合评价指标等值,以寻求锥形内翅片管最佳的结构参数。

电站间冷系统空冷散热器翅片管束流动传热性能的数值研究

空冷散热器为电站间接空冷系统的主要设备,研究空冷散热器翅片管束的流动传热特性,对于电站间冷系统的优化设计与高效运行具有重要意义。对间接空冷系统空冷散热器常用翅片管束流动传热性能进行了数值模拟研究,通过计算获得了空冷散热器冷却空气流动阻力和平均对流换热系数随迎面风速的变化规律,拟合得到了摩擦因子与努赛尔特数随雷诺数的变化关系。利用对流换热的综合性能评价标准(performance evaluation criteria,PEC),即Nu/f1/3,对6种翅片管束的流动传热性能进行了比较。结果表明,随迎面风速增加,空气对流换热增强,压降增加,翅片管的对流换热系数随之升高,摩擦因子降低,但是换热系数的增加幅度小于压降的增加幅度。Forgo型翅片管束综合流动传热性能优于椭圆型管束。本文研究结果为电站间冷系统空冷散热器的选型和优化设计提供了一定的理论依据。

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。

H形翅片管束传热和阻力特性的试验与数值模拟

根据大型电站锅炉省煤器的运行工况,对单H形和双H形翅片管束气侧的传热与阻力特性进行了模化试验研究,并利用Fluent软件对H形翅片管束的流场和温度场进行了数值模拟,得到单H形和双H形翅片管束的传热与阻力特性变化规律.结果表明:H形翅片管束的传热和阻力特性与气体的Re有关,随着气体Re的增大,气侧Nu不断增大,传热性能提高,而Eu则逐渐减小,并趋于定值;在相同Re下,单H形翅片管束气侧Nu大于双H形翅片管束气侧Nu,而气侧Eu则小于双H形翅片管束气侧Eu;数值计算结果与试验结果误差较小,采用数值计算方法能比较准确地分析H形翅片管束的流动与传热特性.

翅片管蒸发器换热表面的结霜特性与对其结构设计的影响

通过论述翅片管蒸发器换热表面的结霜特性以及结霜对换热器性能的影响 ,提出了改进结霜工况下翅片管蒸发器结构的一些措施 ,以减小结霜对其换热性能的不利影响 ,延长除霜周期 ,节约能源和原材料。

H型鳍片管性能优化的数值研究

基于Fluent平台,利用Realizablek-ε湍流模型对H型鳍片管的传热特性、阻力特性和综合性能进行了数值研究.结果表明:当烟气流速越高、翅片高度越小、翅片节距越小、管束横向节距越大、管束纵向节距越大时,H型鳍片管的传热系数越大;当烟气流速越高、翅片高度越大、翅片节距越小、管束横向节距越小、管束纵向节距越大时,H型鳍片管的流动阻力越大;当相对翅片高度为h/d=2.105、翅片节距越小、管束横向相对节距为s1/d=2.237、管束纵向节距越小时,H型鳍片管的综合性能最好.

纵向翅片管管外换热与阻力特性的实验研究

换热器管外强化传热技术主要是对光管合理肋化 ,即在光管上敷设一定形状的翅片进行强化换热 ,翅片对扩大换热面积和改善流体的流动状态均有较显著的作用。但纵向翅片管却依赖进口。为此 ,采用修正的威尔逊修正图解法 ,利用稳定工况下测得的实验数据 ,研究了焊接式纵向翅片管换热器翅片侧的传热特性和阻力特性 ,并与同规格光管换热器做了对比 ,得到了在一定物性和流态下该种换热器的换热及阻力准则关系式。在相同的Re情况下 ,纵向翅片管换热器传热系数K值明显高于光管换热器 ;在Re值较低的情况下 ,翅片管外翅片的强化传热效果更好 ;与有折流板的光管换热器相比 。

H型鳍片管结构参数选取方法

提出了单位质量鳍片管换热量与引风单位耗功所回收热量两个评价H型鳍片管性能的主要指标,给出了H型鳍片管结构参数选取的方法。通过对不同鳍片宽度与鳍片间距的H型鳍片管进行数值研究发现,单位质量鳍片管换热量随鳍片宽度的增加先增加后降低,并且在不同鳍片间距下,该指标达到最大值时所对应的鳍片宽度均在55~60 mm;引风单位耗功所回收热量随鳍片宽度的变化也呈现出先增加后降低的趋势,但在不同鳍片间距下,该指标达到最大值时所对应的鳍片宽度逐渐增加。当两个指标达到最大值时,所对应的鳍片间距均为最小值,因此,在选取鳍片管结构参数时,应根据单位质量鳍片管换热量与引风单位耗功所回收热量两个指标并兼顾制造工艺与热量回收区域的积灰状况进行选取。

高粘度流体在三维内肋管中层流强化传热性能研究

以润滑油为工质,采用正交原理试验设计方法,对高粘度流体在叉排列三维内肋管中的流动和传热性能进行了研究。结果表明:离散的三维内肋结构能够促进高粘度流体在较低的雷诺数下完成从层流向湍流的转变。说明在高粘度流体的换热问题中,采用三维内肋管可以有效促进流态转变,并因此获得明显的传热强化效果;对试验数据采用最小二乘法进行多元线性回归,获得了三维内肋管中高粘度流体在层流区的流阻和换热准则方程式;根据Webb定义的热力性能系数,作为强化传热性能的判断指标,得到了性能最优的三维肋结构组合,为结构优化指出了方向。

结霜工况下R410A翅片管式蒸发器的换热特性

在焓差实验装置和热泵性能测试系统中,对一台R410A空气源热泵的翅片管式蒸发器在结霜工况下的换热特性进行了试验研究.通过改变蒸发器制冷剂侧和空气侧的流体温度、流量等参数,利用显微摄影机对室外侧换热器的平直翅片表面结霜过程进行动态跟踪.实验表明,结霜速率和霜层厚度的变化对制冷系统的换热量、蒸发温度、制冷剂侧压降、整体传热效率都有不同程度的影响.在蒸发器的结霜初期和结霜后期,系统性能的衰减程度有较大区别.在空气温度为0℃^-4℃,相对湿度大于80%的情况下,换热器表面结霜速度最快.

冷藏车制冷系统应用层叠式蒸发器与管翅式蒸发器的模拟比较

对一台应用于汽车空调系统的层叠式蒸发器在结构上做一定的改进,并用数值模拟的方法对其应用于冷藏车冷藏蒸发器时的传热和流动性能与传统的管翅式蒸发器进行了比较,结果表明,在冷藏工况范围内,层叠式蒸发器的换热性能优于管翅式,结构也更为紧凑,应用于冷藏车制冷系统会大大提高系统的效率和经济性。

肋片管蒸发器结霜对传热性能影响的实验研究

实验研究了低温条件下肋片管蒸发器结霜对传热性能的影响,得到了肋片间距、相对湿度、风速与传热系数的关系曲线,为低温环境中肋片管蒸发器的设计应用和除霜时间的选择提供参考。

低翅片管换热过程的数值模拟及其结果分析

以用于冷凝器中的低翅片管为研究对象,利用ANSYS中的流体传热分析模块FLOTRAN CFD,建立管内通R22制冷剂,管外通空气的翅片管换热过程的二维模型,并对其进行流固耦合模拟分析.研究采用正交实验的方法,探究了换热过程中流场与温度场的分布状况,并结合传热学、流体学理论对结果进行了分析,研究表明:在等热流的情况下,翅片管的换热性能明显优于光管,在指定范围内,翅片管换热性能随翅片间距的增加而增强,随翅片厚度的增大而减弱,随翅片高度的增大而增强,但管外压降却随翅高的增大而显著变大,综合考虑换热性能与压降,对翅片管的结构参数进行了优化.

管束排列方式对矩形翅片椭圆管束性能的影响

采用标准k-ε模型,对错排和错列两种排列方式在不同管间距下共24种结构进行了计算分析,发现错列结构的换热性能和综合性能均优于错排结构.错排结构性能跟横向管间距关系较大,而错列结构的性能对管间距并不敏感.通过对两种结构的流场、温度场特征分析,发现错列结构类似于圆管换热器中的叉排,错列结构在强化翅片换热的同时也强化了管子的换热,该结构具有较大的管束进口压力损失是造成其空气侧总压降大于错排结构的主要原因.

新型纵向流油冷却器传热性能及压降的试验研究

对两种不同角度的螺纹翅片管,分别在螺旋折流板及新型壳程挡板支撑下的3种结构的油冷却器进行了传热与阻力性能试验,结果表明,翅片角为5°的螺纹翅片管的传热性能比翅片角为13.5°的螺纹翅片管提高10%～30%,而流动阻力相差很小。对于同角度的螺纹翅片管油冷却器,新型阻流片壳程挡板虽然传热效果不及螺旋折流板,但是其壳程压降较螺旋折流板降低30%～40%,且单位压降下的热交换量提高10%～40%,这种结构对于大流量、长径比大且对壳程压降要求较高的油冷却器有一定的研究意义。

圆管平直翅片散热器翅片导热系数对其传热特性影响

圆管翅片式散热器是空调冷凝器、蒸发器常用的一种散热设备.提高该种散热器的传热性能、降低运行阻力可以减少机械能的消耗,减少排放.采用了完全耦合的数值方法对不同翅片材料下散热器在工况、结构不同时的性能进行了研究.分析了努塞尔数Nu、传热系数K随着翅片导热系数、管间距的变化关系.进一步分析了翅片材料、管间距对翅片表面传热性能的影响.

钢制椭圆管矩形翅片空冷传热元件热力及阻力性能试验研究

通过对钢制椭圆管矩形翅片的不同管径、不同翅片间距的空冷传热元件进行热力及阻力性能试验,给出了相应的传热关联方程式及阻力方程式,可供工程设计时参考。