强化换热管冷却壁传热分析及结构优化

强化冷却水管的换热,对提高冷却壁的传热性能、延长冷却壁使用寿命有重要意义。利用Fluent数值模拟研究了丁胞管、螺纹管、扭曲椭圆管3种强化换热管对冷却壁换热性能的影响,并对强化换热管结构参数进行了优化,建议丁胞管结构参数设定如下:丁胞纵向间距为40 mm,径向丁胞数为4,丁胞半径为2 mm;螺纹管结构参数设定肋条数为4,肋高为1 mm,肋宽为5~7 mm,导程为25~40 mm;扭曲椭圆管结构参数设定导程不大于100 mm,短长轴之比取0.4~0.6。对比分析实验结果表明:螺纹管和扭曲椭圆管对冷却壁强化换热效果较好,丁胞管较差,扭曲椭圆管可以在水管压力损失较小下实现较好的强化换热效果。

38 mm型CO_(2)致裂器内部参数对致裂器做功能力影响

为快速获得液态CO_(2)致裂器内部参数对致裂器做功能力的影响特征,优化提高液态CO_(2)致裂器做功能力,提高煤层瓦斯抽采效率,设计液态CO_(2)致裂器做功能力快速评估试验装置。使用煤矿用38 mm型致裂器进行4水平3因素的9组正交试验,分析液态CO_(2)致裂器发热管内部装药量、主管内液态CO_(2)填充量、泄能片厚度以及泄能头释放口径对于致裂器做功能力的影响主次顺序;进一步对其中最重要的影响因素进行固定变量试验,分析最重要影响因素对液态CO_(2)致裂器做功能力的影响特征。结果表明:对于煤矿用38 mm型CO_(2)致裂器,泄能片厚度对于液态CO_(2)致裂器做功能力的影响最大,发热管内部装药量次之,主管内液态CO_(2)填充量及泄能头释放口径影响最弱;液态CO_(2)致裂器做功能力随着泄能片的厚度增加而增加,但当泄能片厚度增加到一定程度时,液态CO_(2)致裂器做功能力增幅不够明显,达到一定厚度泄能片不会破裂,当38 mm型致裂器内部参数设置为CO_(2)质量0.33 kg、释放口径18 mm、装药量60 g、泄能片厚度2.0 mm时致裂器做功能力对应三硝基甲苯(TNT)当量为0.202 kg,相对当前工地使用参数做功能力提升21.9%。

基于p阶线性模型的地埋管换热器流体温度分布研究

利用自主研发的分层热响应测试系统,获取沿深度方向上(竖向)管内流体温度实测数据,对比p阶线性分布模型计算结果和实测数据,研究两种典型工况条件下分层岩土介质中管内流体竖向分布规律和最佳p值。结果表明:恒热流工况时,p=-5阶线性分布模型能够准确预测管内流体温度分布;恒温工况时,最佳p值随流量的变化而变化,其关系为:|p|=7.361ln V+6.684。

三维变形管MVR蒸发器用于纤维素生产末端废水零排放项目

蒸发器的换热性能对机械蒸汽再压缩(MVR)系统投资及运行均有着重要影响。MVR蒸发器的管内传热与压降性能在基于三维变形管和直圆管的情况下存在明显差异。建立了考虑盐水浓度修正的三维变形管MVR蒸发器性能准则关联式,设计一套用于纤维素生产末端废水零排放项目的新型蒸发器。应用实践表明,相对于传统直圆管的MVR蒸发器,基于三维变形管的新型MVR蒸发器节材节能效果显著,其在节省29%换热面积的情形下仍能完全满足工程实际需要。在现场调研期间MVR系统处理每吨废水的压缩机耗电量在18.81~23.78 kW∙h之间,体现出新型蒸发器高能效的技术特性,极具应用推广价值。

螺旋扭曲扁管传热流阻性能及工艺计算方法研究

螺旋扭曲扁管是一种非标换热管,成熟的热交换器计算商业软件,如HTRI、Aspen EDR等目前均尚未提供对应的计算模型,现有计算方法存在不统一、偏差大等问题。以螺旋扭曲扁管为对象,通过数值模拟计算、实验测试对其进行传热及流阻性能研究,综合利用HTRI传热计算软件,建立了一套螺旋扁管传热及流阻性能的通用化计算方法。进行了通用化计算结果、数值模拟分析数据、实验测试数据的对比,验证了通用计算方法的准确性,对螺旋扭曲扁管的工艺设计具有指导意义。

基于TRNSYS的扁平热管PV/T系统性能优化

基于太阳能技术现状分析,将太阳能光伏组件与扁平式热管高效结合,提出新型扁平热管PV/T系统.为实现该系统综合效率最大化,结合TRNSYS仿真,开展试验并进行优化分析.结果表明,安装扁平热管后夏季热水温度从原来的51.1℃升高到57.3℃,提高了12.1%,冬季热水温度从47.6℃升高到55.2℃,提高了15.9%.夏季系统的综合效率提高了4.7%、冬季系统的综合效率提高了4.8%.可以得出结论扁平热管对PV/T空调系统性能的优化效果明显,也为该技术在建筑领域的应用提供了依据.

热处理工艺对SLM打印波纹管耐撞性影响

为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐撞性的影响。研究结果表明:265℃退火热处理后,波纹管在静压下出现裂纹失效,与未热处理相比,AlSi10Mg合金试样经T6热处理后伸长率由4.7%提升至13.8%,拉伸强度由413.2 MPa降低至135.3 MPa。波纹管压溃力波动范围随伸长率增加而减小。经265℃、2 h退火处理后,波纹管峰值力达到最大为7.11 kN,压溃力波动幅值最大,压溃力效率为65.9%。经T6热处理后,波纹管峰值力降到最小,为4.75 kN,压溃力波动为所有波纹管中最小,吸能量最少,为279.12 J。与T6热处理相比,经295℃、3 h退火热处理后,波纹管平均压溃力达到5.09 kN,提升了16%,吸能量达到最大,为341.24 J,提升了18.5%。为了提升SLM打印的波纹管耐撞击性能,热处理工艺需要在保证伸长率的同时尽量提高材料强度。

变截面半圆通道内超临界二氧化碳热工水力性能研究

建立了不同半圆通道的数学和物理模型,并通过与实验数据的比较,验证了所建立模型的准确性。研究了超临界二氧化碳(S-CO_(2))在等截面半圆通道、渐扩型和渐缩型通道内的热工水力换热性能,并分析了不同通道和压力对S-CO_(2)在变截面半圆通道内的热工水力性能的影响。结果表明:相较于均匀截面半圆通道,渐扩型通道恶化传热,渐缩型通道强化传热;入口和出口半径比为1.0:0.5的渐缩型半圆通道的总体换热系数最大提升了39.93%,流动传热综合性能评价因子PEC最大为1.346;当压力越靠近临界压力或热通量较低时,传热性能越高。最后,从场协同性和湍动能分布的角度解释了渐缩型变截面通道强化传热的原因。研究结果可为S-CO_(2)循环系统冷却器的设计与优化提供新的思路和理论指导。

圆管和扁形管的绕管式换热器壳侧流体降膜流动特性

为探究异型管绕管式换热器壳侧流体降膜流动和分布特性,建立了绕管式换热器三维物理模型,并基于流体体积(VOF)法多相流模型进行了数值模拟,对比分析了圆管和扁形管的管外流体降膜流动特性。结果表明:圆管和扁形管的管外轴向降膜流动分布均呈现“波谷-波峰-波谷”形状;扁形管的管外流体降膜流动速度明显大于圆管;圆管的管外液膜最薄处为圆周角120°处,扁形管的管外液膜最薄处在90°~120°之间;随着管间距的增加,圆管和扁形管的管外液膜平均厚度均呈下降趋势,扁形管周向液膜平均厚度比等周长圆管小10%~29%;随着缠绕角的增加,扁形管的管周向液膜平均厚度比等周长圆管小4%~28%。因此,推荐使用扁形管替代圆管作为绕管式换热器的缠绕管。

气相旋转螺旋槽管式换热器结构优化与性能试验

粮食干燥生产中换热损失大,存在烟气热量无法高效传递,导致换热效率低等问题。本文以集管壳与列管式换热于一体的气相旋转螺旋槽管式换热器为研究对象,基于场协同与热力学理论优化螺旋槽管关键部件,探究螺旋槽管参数对换热性能的影响。以螺距、槽深及内外径比为试验因素,以努塞尔数和阻力系数为评价指标,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验,采用多目标优化方法确定最优参数组合,当螺距为24.845 mm、槽深为1.753 mm、内外径比为0.897时,Nu为164.637,f为0.348。对优化结果进行验证试验,试验结果与优化结果基本一致。螺旋槽管平均场协同角β相较于圆管降低约2°,揭示了置于壳程内的螺旋槽管管束进口、出口及中间截面内场协同角的分布特征,整体范围内的场协同效果有所增加,结论符合场协同原理。利用强化换热综合性能指数(Performance evaluation criteria,PEC)进行评价,结果表明气相旋转螺旋槽管式换热器PEC在1.031~1.267之间,验证了螺旋槽管在换热器应用的合理性。

采用SB-167 N06690换热管的蒸汽过热器制造研究

蒸汽过热器是合成氨技术中的关键设备,本文重点研究应用镍基合金SB-167 N06690换热管的蒸汽过热器如何增强制造可靠性,阐述了蒸汽过热器的应用材料特点,结合化工行业此类产品反馈的问题,针对重点工序试验提出新的工艺措施,保证设备现场运行可靠,为制造类似结构和要求的产品积累了宝贵经验。

稠油井内衬保温油管热损失分析及开采参数优化

针对塔河油田稠油开采过程中原油热量损失大、资源浪费的问题,开展内衬保温油管开采技术研究。基于井筒稳态热传递与地层非稳态热传递理论,建立了稠油井井筒热传递数学模型,评价了不同内衬材料油管的保温性能,揭示了含水率、日产液量及内衬保温油管下深对井筒温度的影响规律。研究表明:内衬聚酮防腐层与气凝胶保温层的保温油管保温性能最佳,日产液量和保温油管下深对井口温度影响较大,含水率对井口温度的影响较小;日产液量大于72 t/d且保温油管下深大于3 500 m时,可满足稠油开采的温度要求。该研究明确了内衬保温油管保温的可行性,可为油田保温油管内衬的选材、稠油开采工艺参数的制订提供技术依据。

基于Aspen EDR的管壳式换热器工艺选型设计教学实践

管壳式换热器工艺选型设计是化工过程中设备设计的重要环节之一。为了避免手工计算中繁琐的计算和复杂的校核问题,以无相变的乙醇冷却器为例,探讨Aspen EDR软件在管壳式换热器工艺选型设计中的实践应用。通过Aspen EDR软件的教学示范,激发学生学习积极性和主动性,提升学生运用理论知识分析和解决复杂化学工程问题的能力,强化专业软件应用能力。

换热器用无缝钛管失效分析

该文通过采用宏观检测、显微组织分析、扫描电镜分析、能谱分析等方法对流动介质为氯化物溶液的换热器用无缝钛管进行失效分析,发现流动介质为氯化物溶液的换热器中无缝钛管主要是通过以下2种方式发生腐蚀失效的,一种是Fe+离子存在于钛管材表面会在钛管材表面形成点腐蚀,通过点腐蚀的方式使钛管发生腐蚀失效;另一种是当换热器的管板和管材形成一定缝隙时会发生间隙腐蚀,间隙腐蚀发生时钛管会伴随有吸氢反应和自催化作用,最终导致管材产生腐蚀孔洞而失效。同时笔者建议在制作内部流动氯化物溶液的换热器时不易将不锈钢管板和钛管组合使用,并且管板与管材之间的间隙大于0.5 mm以免在使用过程中发生点腐蚀和间隙腐蚀导致换热器泄漏。

热处理对锆合金管在纯水环境下腐蚀性能的影响

为评价反应堆燃料包壳用锆合金管在纯水环境下的腐蚀性能,研究不同热处理工艺对低锡低铌锆合金管的显微组织和腐蚀性能的影响。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了合金的基体组织,并在高压釜中进行了360℃/18.6 MPa纯水环境下长达300 d的腐蚀试验。结果表明:低锡低铌锆合金管在550℃退火、保温5 h后的显微组织为完全再结晶状态,组织形貌为均匀的等轴晶组织,其第二相均匀地分布在晶粒中;而β相水淬+500℃退火、保温5 h后的合金是非完全再结晶的,其组织主要呈板条状。两种热处理温度下制备的低锡低铌锆合金在360℃/18.6 MPa高温高压水中的耐腐蚀性能均优于商用ZIRLO合金。

双相不锈钢换热管与管板的焊接

换热管与管板的焊接是换热器质量控制的重点。双相不锈钢焊接的目标是获得平衡的铁素体(δ)和奥氏体(γ)。采用手工钨极氩弧焊,使用Φ1.6 mm的ER2209焊丝,以0.54 kJ/mm的热输入焊接Φ25 mm×2 mm的S32205双相不锈钢换热管与管板试件。经取样检测,角焊缝厚度均值2.88 mm;焊缝维氏硬度均值255.8 HV;按ASTM E562测定铁素体含量,焊缝铁素体含量均值59.3%,管侧熔合线57.3%,管侧热影响区58%,板侧熔合线58.7%,板侧热影响区58.2%;按ASTM A923的方法A检测,5区的金相组织相界和晶界平滑,无有害沉淀相析出,评定为未受影响的金相组织;按GB/T 4334的方法E试验,无晶间腐蚀现象。以上各项检测指标均符合相应标准和技术协议要求,说明焊接工艺适用。

热处理对2219铝合金薄壁旋压管组织与性能的影响

本文对2219铝合金薄壁旋压管进行了退火、固溶及时效热处理,研究了热处理工艺对微观组织、拉伸性能和液压胀形性能的影响。结果表明:2219铝合金旋压管在400℃以下退火时以回复为主,温度高于450℃时发生再结晶。随退火温度升高,基体组织逐渐由形变组织向再结晶组织转变。固溶处理时随固溶时间延长,再结晶程度逐渐增加,位错密度降低。经退火和固溶处理后,管材的硬化率和延伸率显著提高,抗拉强度随着退火和固溶温度升高而逐渐增大,固溶处理后抗拉强度达到340 MPa,延伸率提高到25%。时效处理后管材的抗拉强度进一步提高到435.2 MPa。管材液压胀形极限随热处理温度升高而升高,固溶态2219铝合金旋压管具有较好的液压胀形能力,适合进行液压成形。

管壳式换热器管束的搪瓷涂层防腐技术研究

随着生产工艺水平的提高,换热器工作环境的温度、压力和流体高速流动所产生的应力都随之提高,同时介质的腐蚀性也随之提高,因此防腐性能较强的换热器成为刚性需求。文中对换热器管束进行防腐技术研究,选用搪瓷涂层对管束进行腐蚀防护;研究了管束表面搪瓷涂层的加工工艺,验证了搪瓷涂层的防腐性能及热震性能,结果良好;提出搪瓷管束与管板新连接加工工艺,取代了原有的先胀后焊的加工工艺,并加以验证,效果良好。

脱庚烷塔分离效果差的原因分析及改进措施

异构化装置脱庚烷塔主要任务是分离C 8芳烃中的C 6~C 7馏分,为二甲苯装置提供原料。脱庚烷塔分离效果差,造成C 8芳烃损失,其主要原因一是外购混合二甲苯带有溶解氧,引起烯烃在进料换热器壳层升温后发生聚合,生成黏稠产物,导致脱庚烷塔进料温度低;二是高通量管换热器E-707基管表面多孔涂层覆有垢层,导致换热效果下降,换热能力不足。经过流程优化和更换换热器后,脱庚烷塔分离效果提升明显,塔顶C 8芳烃质量分数由10.00%降至1.34%,塔底苯质量分数低于0.01%,甲苯质量分数由1.16%降至0.38%。

空调器冷凝器结构参数对其制冷剂积存量及系统性能的影响

在保持R290空调器系统性能的前提下,为降低冷凝器中制冷剂积存量,建立冷凝器性能综合评价模型,对冷凝器不同支路数流程的结构参数进行优化研究。结果表明:管径减小使得制冷剂积存量下降、COP下降;管间距和翅片厚度增大以及翅片间距减小均使得制冷剂积存量下降、COP升高;对冷凝器的制冷剂积存量和系统COP进行多目标优化,得到最优设计结构参数为四支路流程,管径5.74 mm,管间距19.67mm,翅片间距1.43mm,翅片厚度0.092mm。本研究可为R290房间空调器减少制冷剂充注量提供参考。