并联通道中超临界RP-3航空煤油流量分配特性数值研究

针对热流偏差下空-油换热器的应用,进行了三种类型并联通道中超临界压力RP-3航空煤油流量分配数值研究,探究了进口压力、进口温度、进口总流量、进出口布置对双通道流量分配的影响机制。通过摩擦压降和加速压降的演变机制揭示了流量非对称分配的原因,讨论了通道质量流速和温度的分布特征及其对换热的影响,进行了(火积)耗散效应分析。根据热流密度比值和运行参数提出了流量偏差的预测准则,预测偏差处于±15%范围内。结果表明:随着双通道热流差别增大,两者流量偏差增大,源于加速压降和摩擦压降的平衡机制。热流比值小于1时,摩擦压降主导流量分配;热流比值大于1时,加速压降主导流量分配。热流比值等于1时,双通道流量等量分配。提高进口压力、进口温度、进口总流量双通道流量偏差均受到抑制。高热流偏差下通道出现流量不连续和偏差管温度反向分层问题。相对流量偏差和(火积)耗散偏差的变化规律一致,I型布置相比U型和Z型布置更好。

PCHE细小多通道内天然气沸腾两相流分配特性数值分析

印刷电路板式换热器具有体积小、结构紧凑、换热效率高等特点,在天然气生产工艺中应用前景极为广阔,在PCHE换热过程中,冷、热侧通道内工质往往发生沸腾相变,各子通道间普遍存在汽液两相流分配不均问题,严重降低换热效率。对此,以换热器封头和12个细小通道为建模对象,采用天然气汽液两相混合物为工质,通过Aspen Plus软件获得其物性数据,基于VOF模型追踪相界面运动位置,构建适用于预测分析PCHE内天然气两相流分配特性的三维非稳态数值模型,并开展了相关数值研究。结果表明,相比于单相液态天然气,当换热器入口混入汽相工质变为汽液两相混合物时,各子通道间工质的质量流量相对标准偏差由0.0004增加到0.036,两者相差近100倍,分配不均现象明显加剧。导致该现象的主要原因在于来流汽相工质明显倾向于进入距离换热器入口最近的若干通道,使得这些通道的汽相流量显高于其他通道,各通道汽相工质流量分配特性整体上呈现明显的“峰值分布”,但是,随着换热器入口汽相工质流速的不断增大,各通道间汽相工质的流量分配不均现象逐渐缓和,而液相工质的流量分配特性发生明显恶化。

平行流换热器流量分配均匀性研究

单相流体的流动分配均匀性是影响平行流换热器性能的重要因素,也是两相流换热器研究的基础.提出一种16孔分流板结构,以水为工质,研究该分流板对流量分配均匀性的影响,并与无分流板换热器和12孔分流板换热器进行性能对比分析.结果表明：16孔分流板换热器的总流量分配不均匀度最小,流动分配均匀性达到最佳.16孔分流板换热器的总流量分配不均匀度分别比无分流板换热器和12孔分流板换热器减小76％～87.8％和10％ ～ 60％.当制冷剂流量为45～220 kg/h时,12孔分流板换热器的进出口压降比无分流板换热器增加8.3％～34.2％;而16孔分流板换热器的压降则只增加2.8％～12.4％.因此,16孔分流板的综合性能更好.

结霜工况下平行流换热器的换热性能

测试了平行流换热器在结霜工况下的换热性能.研究了换热器的换热面积及表面换热效率随霜层厚度的变化,并采用对数平均温差(LMTD)法对结霜状况下霜层表面的换热系数进行了计算.结果显示,当霜层厚度达到0.4mm时,换热器的换热面积下降18%左右,表面换热效率下降17.42%～24.78%;而换热系数的降低是换热器性能降低的重要因素,试验中换热器的换热系数均下降50%左右,百叶窗的霜堵是导致换热系数降低的主要原因.

矿井回风换热器换热性能影响因素的仿真及实验研究

为研究制热/制冷、逆喷/顺喷、液滴平均直径3个因素对矿井回风换热器换热性能的影响规律,利用CFD仿真软件FLUENT对矿井回风/液滴两相流进行了3D仿真。根据边界条件不同,共仿真了制热和制冷、逆喷和顺喷、液滴平均直径分别为0.10,0.15和0.20 cm等12种工况,得出了各种工况下液滴温度变化情况,并利用工程实践运行结果和实验对部分仿真结果进行了验证。结果表明:制冷、顺喷、小液滴工况下获得的液滴温度变化大于制热、逆喷、大液滴工况下获得的液滴温差,从而说明制冷、顺喷、小液滴3种工况下回风换热器的换热性能更好。

热泵型纯电动汽车空调结霜特性研究

针对热泵型纯电动汽车空调系统在冬季低温高湿环境下运行时,车外换热器易发生结霜而影响系统性能的问题,设计搭建了带混气的热泵型纯电动汽车空调实验台,通过实验研究了热泵型纯电动汽车空调车外平行流换热器结霜性能及车外环境温度、车外空气相对湿度对车外换热器的结霜影响,找出了车外平行流换热器的结霜规律。

多层微通道平行流式换热器绕弯成形工艺

研究了多层微细通道平行流式换热器的绕弯成形过程。基于绕弯成形机理和LS-DYNA软件平台建立了多层换热器的有限元模型,并通过实验的方法,研究了换热器层数和弯曲力矩之间的关系及换热器和翅片的变形情况,验证了有限元模型的可靠性。利用验证过的有限元模型,分析了不同的翅片形状及弯曲半径对换热器成形质量的影响。研究结果表明,随着换热器层数的增加,弯曲力矩呈线性增加;对于不同形状的翅片,三角形翅片更适合微细通道平行流式换热器的弯曲成形;在一定范围内,较大弯曲半径更有利于换热器的弯曲成形。

平行流换热器两相流分配模型的建立与验证

制冷剂的分配不均对平行流换热器的换热性能会产生重大影响。基于T型管的T-junction模型,联立质量方程和压力方程,设计合适的算法建立平行流换热器两相流流量分配的模型,该模型的优势在于无需已知分歧管流量可模拟分歧管的分配特性。在此基础上,将模型的计算结果与实验数据对比验证,验证了模型有效性,为平行流换热器的设计提供合理的依据。计算并分析了干度与质量流量对平行流换热器分配的影响,结果表明干度对平行流换热器分配的影响不大。在干度不变时,提高流体的质量流量可以对平行流换热器流量分配进行改善。

流体相对流动对套管式换热器效率的影响分析

采用效率传热单元法(ε-NTU)分析了顺流和逆流2种形式套管式换热器效率的影响因素,给出了效率计算公式和线算图。分析认为,当采用单管式换热器时,逆流连接方式的换热效率较高,当采用双程套管换热器时,顺流连接方式的换热效率较高。

MPC轴流管壳式换热器的壳程局部传热性能

对一种具有并流多通道进出口结构(MPC)的轴流管壳式换热器的壳程局部传热性能进行实验研究,分别在有壳程进口段分布挡板与无分布挡板的情况下,探讨了进口段局部表面传质努塞尔数的分布、局部平均表面努塞尔数与管束位置及雷诺数的关系,分析了进口段和换热器整体的平均传质努塞尔数与雷诺数的变化关系,揭示了壳程进口段的局部表面努塞尔数的分布规律,并进行了机理分析.研究结果表明,分布挡板能够有效促进壳程流场的分布,提高换热器壳程的整体传热性能.

并流多通道管壳式换热器壳侧流场数值研究

采用多孔介质-分布阻力模型,对一种新型并流多通道进出口结构(MPC)轴流管壳式换热器壳程流场进行数值研究。在传热管长6.0 m不变,分别针对长径比L/D=2.0和L/D=1.5二种情况,研究Re和通道数N对壳侧流场的分布及阻力变化规律。结果表明:在相同的Re和L/D下,随着N的增加,壳程的流场分布不均现象得到有效的遏制,壳程压降将急剧降低,最大降幅达到50%以上;当L/D不变时,Re的变化对壳程流场分布影响极小。

并流多通道管壳式换热器壳程流场分布

对一种新型并流多通道进出口结构(MPC)轴流管壳式换热器壳程流场分布与阻力性能进行全面研究,分别研究了管排数、Reynolds数、不同挡板对壳程流场分布、阻力性能的影响,并且采用实验方法对数值模型与方法的正确性进行论证。研究结果表明,在无挡板的情况下,随着管排数的减小,壳程流场分布不均现象得到有效的遏制,压降大幅降低,最大降幅达到70%以上;挡板能够有效促进流场的二次分布,但是同时亦使阻力增大较为显著。

并流多通道管壳式换热器壳程流场分布比较

优化壳程流场分布和减少压降对并流多通道进出口结构(MPC)轴流管壳式换热器具有非常重要的作用。分别采用商用CFD软件FLUENT 6.3和皮托管测速方法对MPC换热器壳程流场分布与阻力性能进行数值模拟与实验研究,分别研究了管排数N、Re、不同开孔率的挡板对壳程流场分布、阻力性能的变化规律。结果表明:(1)无挡板时,随着N的减小,壳程流场分布不均现象得到有效的遏制,压降大幅降低,最大降幅达到70%以上;(2)挡板能够有效促进流场的二次分布,但亦使得阻力增大较为显著;(3)比较不同挡板,挡板1的效果最优;(4)换热器压降主要在进出口段产生。

采用复合吸附剂和高效吸附床的吸附制冷机性能测试

利用平行流换热器和自制的硅胶/氯化钙复合吸附剂研制了一台小型吸附式制冷样机,并对样机进行了试验测试。测试结果表明:相对于硅胶吸附制冷样机,复合吸附剂吸附制冷样机的COP和制冷功率都有了明显的提高;在热源温度为90℃,冷却水温度为35℃,冷冻水进口温度为16.5℃、出口温度为14.4℃,吸附10min,脱附5 min的运行工况下,在整个循环周期内(15 min),制冷功率为1.03 kW,SCP为128.3 W/kg,COP为0.29;在吸附周期内(10 min),制冷功率为1.54 kW,SCP为192.4 W/kg,样机的能量密度为10.3 kW/m3,平行流换热器的换热系数为472.3 W/(m2.K)。

并联管路气液两相流量均布特性数值模拟研究

为了确保大型液化天然气(LNG)板翅式换热器冷箱并联管路流量均布性,基于计算流体力学(CFD)方法,根据实际板翅式换热器冷箱并联管路的形式,简化并建立了并联管路物理模型,模拟研究了气液两相流的流量均布特性。研究结果表明:当气液两相流速固定时,增加两相的体积含气率会先降低后提高流量分配的均匀性;当两相的体积含气率固定时,流量分配均匀性随流速的增加而变好。不同管路布置方式对并联管路流量分配影响不同。为提高并联管路流量的均布性,当管道水平布置时,优先考虑水平上进下出式;当管道垂直布置时,优先考虑垂直向下流入式。上述研究成果将为大型LNG板翅式换热器冷箱并联管路运行参数和布置方法的设计提供重要的理论依据。

平行流冷凝器应用于食品冷藏柜的实验研究

新型单、双排平行流冷凝器应用于冷柜制冷系统中,并与原管片式冷凝器冷柜制冷系统进行对比实验分析。结果表明,应用单、双排平行流和管片式冷凝器的冷柜制冷系统分别在充灌量为550g、650g和800g时,周期内压缩机平均功耗最小,其中双排平行流冷凝器周期内压缩机平均功耗最小,单排平行流和管片式冷凝器相当。平行流冷凝器的空气侧换热性能明显优于管片式冷凝器。实验所用单、双排平行流冷凝器仅为管片式冷凝器换热体积的四分之一和二分之一,将平行流冷凝器应用于冷柜系统中将有利于解决冷柜冷凝器在恶劣环境下运行换热量不足的问题和降低成本费用。

平行流换热器在江水源热泵中的应用研究

基于已在汽车空调中广泛使用的平行流换热器,对其采用水冷方式以应用于长江上游地区热泵系统。实验结果表明,水冷对平行流换热器的传热特性影响很大,制冷系统COP值为4.2,水温的降低和水流速的增加都可以进一步缩小换热器体积和重量。本试验研究是长江上游地区地表水水源热泵系列研究之一,可供平行流换热器在水冷式热泵空调上的进一步研究、设计和制造及应用作参考。

融合热力计算的并联双U形换热器数值模拟

并联双U形换热器具有不同温度的两种或两种以上介质之间传递热量,尤其在流固热量交换过程受介质温度以及饱和度等因素的影响,换热器的换热特征和热阻计算难度较大。为此,提出一种基于热力计算的并联双U形换热器数值模拟方法。用积分思想将管内流体拆为微元容积,根据能量守恒定律,对各微元段体积建立微元方程。计算孔隙度、饱和度、渗透性以及过余温度场,采用热力计算方法土壤温度,获取土壤的吸附力与土壤饱和性,实现并联双U形换热器数值模拟。通过数值模拟回填材料导热系数、钻孔深度以及钻孔直径对换热器热阻的影响,基于此,设计仿真验证研究方法的有效性,结果表明,所提出的模拟方法能够准确模拟不同流速下换热器的换热特征、不同桩基长度下换热器排热情况,为换热器运行的稳定控制提供了可靠支持。

顺流管式换热器的换热性能

以顺流管式换热器为研究对象,应用GB151-1999(管壳式换热器)中的设计规范,建立数学模型;通过计算热通量Q,换热效率E,换热系数U,以及换热温差T,验证所选用的数学模型是正确的,为该管型的换热器设计提供理论依据。

平行流换热器在江水源热泵中的应用研究

基于已在汽车空调中广泛使用的平行流换热器,对其采用水冷方式以应用于长江上游地区热泵系统。结果表明,水冷对平行流换热器的传热特性影响很大,水冷比空冷的冷凝器出口过冷度提高了33℃,传热系数可达到1.9kW/(m2.K),使得整个空调系统的COP提高了18.4%,从而减少制冷剂充注量60%,换热器体积减小85%,在维护和安装方面具有很大优势。本试验研究是长江上游地区地表水水源热泵系列研究之一,可供平行流换热器在水冷式热泵空调上的进一步研究、设计和制造及应用作参考。