Flow mechanism and heat transfer enhancement in longitudinal-flow tube bundle of shell-and-tube heat exchanger

The flow disturbance and heat transfer mechanism in the tube bundle of rod baffle shell-and-tube heat exchanger were analyzed, on the basis of which and combined with the concept of heat transfer enhancement in the core flow, a new type of shell-and-tube heat exchanger with combination of rod and van type spoiler was designed. Corresponding mathematical and physical models on the shell side about the new type heat exchanger were established, and fluid flow and heat transfer characteristics were numerically analyzed. The simulation results showed that heat transfer coefficient of the new type of heat exchanger approximated to that of rod baffle heat exchanger, but flow pressure drop was much less than the latter, indicating that comprehensive performance of the former is superior to that of the latter. Compared with rod baffle heat exchanger, heat transfer coefficient of the heat exchanger under investigation is higher under same pressure drop, especially under the high Reynolds numbers.

Characteristics of Fluid Flow and Heat Transfer in the Shell Side of the Trapezoidal-like Tilted Baffles Heat Exchanger

Periodic whole cross-section computation models are established for segmental baffle heat exchanger, shutter baffle heat exchanger, and trapezoid-like tilted baffle heat exchanger. The reliability of models is verified by comparing the simulated results to the results obtained from the Bell-Delaware method. Due to the orthogonal assembly of the baffles, the shell side fluid shows the twisty flow of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger. The essential mechanism on disturbing flow and heat transfer enhancement is revealed by defining the non-dimensional factor η of the shell side fluid flow direction of heat exchanger and the field synergy principle. The results show that at the same Reynolds number, the shell side fluid convection heat transfer coefficient of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger is 12.43%-24.33% and 6.71%-11.51% higher than those of segmental baffle heat exchanger and shutter baffle heat exchanger, respectively. The shell side fluid flow velocity field and the pressure gradient field of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger and shutter baffle heat exchanger decreases compared with that of segmental baffle heat exchanger, so the shell side fluid flow resistance and pressure drop is increased; the shell side comprehensive performance of trapezoid-like tilted baffle heat exchanger is 5.85%-9.06% higher than that of segmental baffle heat exchanger, and 15.27%-23.28% higher than that of shutter baffle heat exchanger. In this study, a baffle structure with higher efficiency of the energy utilization for the heat exchanger is provided.

纵流式换热器的结构研究进展

纵流式换热器具有传热效率高、压降小、有效消除流体诱导振动等特点 ,因而在石化等行业中的应用越来越多。其结构的发展主要表现为高效换热管的应用和管束支撑物的变化。阐述了纵流式换热器的特点 ,介绍了高效换热管和管束支撑物的结构及性能发展 ,指出了纵流式换热器的发展前景。

大型纵流壳程换热器三维流动与传热数值模拟

针对目前弓形折流板管壳式换热器采用分布阻力、容积多孔度等概念来计算壳程流体流动的方法 ,根据纵流壳程换热器的结构特点和流动特点 ,探讨了大型纵流壳程换热器数值模拟的简化计算问题 ,提出了几何原型周期段模型简化计算法和四管模型简化计算法 ,以解决大型纵流壳程换热器数值模拟问题 .并应用本文提出的简化计算法 ,应用通用CFD软件FLUENT对纵流壳程换热器不同结构参数时的流动与传热进行了数值模拟 ,得到了换热器流场与温度场的细观信息 。

杆栅支撑纵流壳程换热器壳侧流体流动与传热的数值模拟

根据杆栅支撑纵流壳程换热器的结构特点对其进行简化,建立了周期性单元流道模型,应用CFD软件FLUENT对不同介质、不同Reynolds数、不同折流栅间距时的模型进行流动和传热的模拟、分析与比较,获得了流道内流体流动和传热的细观特征以及折流栅间距的最优取值范围,为纵流壳程换热器的研究和应用提供了一定的参考.

花瓣孔板纵流式换热器的研发及试验研究

提高纵流式换热器在较低雷诺数下的传热效率,关键是改善换热器的管束支撑结构。为了解决现有杆式支撑流通面积大、扰流作用不足以及孔板式支撑结构复杂、加工困难的问题,在对折流杆和孔板支撑进行结构和性能分析的基础上,开发了一种结构相对简单的花瓣孔板支撑,并建立了纵流式换热器的试验模型和试验装置。通过对花瓣孔板与折流杆两种换热器进行对比试验,结果表明:在雷诺数Re=1900～7500范围内,二者的总传热系数K都随着雷诺数Re的提高而增大,花瓣孔板换热器比折流杆换热器的总传热系数K平均提高约40%,但压降稍大。可见,花瓣孔板换热器在较低雷诺数下具有良好的传热和压降综合性能,并且花瓣孔板的结构简单、制造方便。相邻两块花瓣孔板交错布置可实现换热管的全方位约束,因而具有良好的防振和抗振能力。

管内纵向涡强化换热的阻力特性

为探讨管内纵向涡强化换热的阻力特性,通过理论分析和实验研究,分析了管内雷诺数以及涡发生器的安放位置、间距、高度等参数对管内阻力的影响,得到了管内阻力的拟合公式.并列出图表进行比较分析,进而得到了管内纵向涡发生器强化传热的规律和阻力特性.结果表明:在同一雷诺数下,阻力系数随间距的变化呈一次线性关系;间距相同时,较高的发生器高度对雷诺数较大时的传热有更显著的强化效果;小于纵向涡影响区域的间距设置对于强化换热是不可取的.

纵流式换热器壳程层流流动与传热的数值模拟

采用计算流体力学和数值传热学方法 ,对纵流式换热器的运行工况进行简化和假设 ,建立了壳程层流流动与传热的数学模型。为改进收敛性和提高计算精度 ,用算子分裂法和二阶时间精度离散格式等改进算法 ,用三维等参单元导出了离散化非线性控制方程组 ,编制了数值模拟程序。对纵流式换热器壳程的流场和温度场进行了数值模拟研究 ,得到换热器内流体流动状态和热流分布 ,并分析了支撑结构的参数变化对流体流动和传热的影响。数值计算结果和实验数据吻合较好 。

纵流式换热器流动与传热特性的数值研究

在分析纵流式换热器结构特点的基础上,对纵流式换热器进行了数值模拟,采用网格连接方法将纵流式换热器管程、壳程中的对流换热与导热2种传热方式进行了耦合。根据计算结果,分析了纵流式换热器的管程、壳程的传热与流动特性。

纵流壳程换热器壳程近壁区流场和温度场数值研究

对新型纵流壳程换热器壳程近壁局部区域的流场和温度场进行了数值模拟研究,总结了换热器横截面内各换热管壁面对流传热系数与换热管距壳体轴心距离的关系,分析了近壁区域非规则流道内流体对流传热系数较壳体中心主流区内规则流道大的原因,为换热器壳程内关键局部区域流体流动和传热状况的改善以及进一步的结构优化提供了直观依据。提出的纵流壳程换热器周期性全截面计算模型,为发现和解决换热器中与局部位置流体流动和传热细节相关的深层次问题提供了良好的辅助手段。

管壳式换热器壳侧强化传热技术的研究与进展

指出了传统的弓形折流板管壳式换热器存在的问题,对纵向流、螺旋流及射流换热器中各种强化传热技术的结构特点、强化传热机理、适用场合及其研究现状进行了详细的分析与总结,并提出了管壳式换热器壳侧强化传热技术的发展方向。

网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热的三维数值模拟

利用Fluent软件对网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热进行了三维数值模拟,得到了壳程流体温度场、速度场及压力场等细观信息。根据模拟的结果,揭示了网状孔板强化壳程流体换热的机理,分析了壳程流体沿轴向流动及换热的性能,总结了近壁区流场及温度场的特点。

空心环支承轴流式换热器壳程流体阻力系数

壳程轴流式换热器是70年代发展起来的一种新型换热器,其显著特点是流体阻力低,传热效率好,在大流量的场合较适用.实验结果表明,该类换热器阻力系数与管子的种类及排列方式等因素相关[门。

一种带状支撑的纵流壳程换热器热力特性分析

以纵流壳程换热器作为研究对象,对一种带状支撑纵流壳程换热器的壳程流体流动与传热特性进行了数值研究与分析.基于纵流壳程换热器的特性,建立了带状支撑结构的计算模型,对其流体流动与传热进行了数值计算,得到了壳程流场和温度分布等细观信息.对带状支撑换热器在不同几何参数及工况情况下的热力性能进行了综合分析,并将其特性与折流杆式支撑壳程特性进行了对比分析.研究表明,在相同的流动条件下,带状支撑结构壳程内,流体具有较强的湍动度,增大了的换热效果.

新型纵流油冷却器壳程强化传热

提出一种新型扭曲三叶管纵流油冷却器强化传热方案,对其壳程的传热与压降特性与扭曲椭圆管油冷却器和传统折流板油冷却器进行了实验对比分析。结果显示,在相同油流量下,扭曲三叶管油冷却器壳程的传热系数、压降和传热系数比压降值(h/Δp)分别比传统折流板油冷却器高138.7%~90.5%、19.6%~37.8%和77.2%~130.4%;分别比扭曲椭圆油冷却器高257.8%~298.6%、140.5%~158.4%和40.1%~65.7%,表明扭曲三叶管油冷却器具有很好的强化传热效果。并对其强化传热机理进行了分析,在壳程雷诺数(Re)为80~550的范围内,拟合获得了扭曲三叶管和扭曲椭圆管两种纵流油冷却器壳程努塞尔数(Nu)和摩擦因子(f)关联式。

花瓣状翅片管气体换热器(二)——横向与纵向冲刷花瓣状翅片管的强化传热性能比较

以空气为介质，以纵向流动方式冲刷光滑管与花瓣状翅片管进行管壳式换热器壳程的传热强化与流阻性能实验研究。实验结果表明，与文（一）的横向冲刷情况相比，在相同功耗下，Ｒｅ＝２×１０４时，按实际换热面积计算，横向冲刷花瓣状翅片管比光滑管提高给热系数１３５．８％，纵向冲刷花瓣管仅与光滑管的给热系数相当。文中通过设计实例的比较得到横向冲刷是花瓣管空冷器设计方案的较佳选择。

纵向流混合管束换热器试验研究

对 3种纵向流管壳式换热器进行了试验研究 ,结果表明 ,由扭曲变截面管、绕丝管和光滑管三者组成的混合管束 ,其总传热系数比纯光滑管管束高 1 .3～ 2 .3倍。采用混合管束既可获得高的总传热系数和管内外传热膜系数 ,又可以使管内压降不致过大。改变扭曲变截面管与光管等不同数量的配比和布置方式 。

轴流型换热器进口段流阻

The flow resistance of the inlet section of heat exchanger with longitudinal flow in shell side was studied with the distributed fluid flow method.Transverse velocity and longitudinal velocity were investigated,and the resistance coefficient of transverse flow was analyzed as well.Prediction was made for the flow resistance of inlet section based on a number of experiments and the corresponding equation was obtained.The deviation of the calculated results with the equation from the experiment data was less than 5%.

纵流式换热器壳侧支撑方式的数值研究

提出了一种纵流式换热器壳侧交错短杆支撑方式,并对光滑传热管束的交错短杆、短管、方形折流杆3种管间支承方式及波纹管束自支承、混合管束自支承方式,在流动与传热充分发展区段,采用湍流模型、六面体网格,运用商业软件FLUENT进行了三维数值计算。对各种支撑方式在不同的支撑间距(Ls=4.56和9.13)、不同的Reynolds数(Re=2630、13150、26300、52600)下的传热特性、流动阻力特性、支撑的可靠性进行了优化研究。得出了各种支撑方式的壳侧Nu、压降及综合指标-h/(LΔp)与Re的关系。

轴流型管壳式换热器壳程入口段传热与流阻研究

报道轴流型管壳式换热器在壳程入口段的传热与流阻实验研究结果，包括入口段的流体阻力系数与传热膜系数分布。并对入口段与管束中间段的传热与流阻性能对比做了分析。