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.

涡发生器强化环形翅片管束管外传热的数值研究

针对大型商用厨房排烟温度高、能源利用率低等问题,提出了一种大型商用厨房余热回收再利用系统,该系统以分离式热管换热器作为主要的换热元件。对热管换热器蒸发段环形翅片管束管外进行强化传热数值模拟,通过增添涡发生器来提升环形翅片管外的综合换热性能。研究表明:内八型摆放形式的矩形涡发生器,其综合评价因子相较于其他涡发生器和摆放形式更优,能更好地压缩管后低速回流区的涡旋,产生纵向涡,加剧冷热流体掺混,努塞尔数比环形光翅片提升了42%~58%,综合评价因子提升了16.2%~35.6%;涡发生器在环形光翅片上相对位置为极径14 mm,极角60°和75°时,管束的综合换热性能更好。

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。

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。

矩形翅片椭圆换热管束性能

采用标准k-ε模型,就管排数和翅片间距等因素对矩形翅片椭圆换热管束流动换热性能的影响进行分析.得到管束各排翅片表面平均换热系数分布规律,并给出j因子和f因子与管排数的关系.结果表明:翅片间距主要通过阻力对管束性能产生影响,当翅片间距小于2.5 mm时,管束空气侧阻力对风速的敏感性显著增加;可以通过采用高导热系数翅片材料的方法来提升管束性能.

翅片管束式管壳式换热器三维数值模拟研究

本文提出了运用多孔介质模型、分布阻力模型和k-ε湍流模型对壳侧为翅片管束的壳管式换热器壳侧速度场与温度场进行三维数值模拟的方法,并对一相应类型换热器壳侧的流动与换热进行了数值模拟,得出了壳侧流场参数的图示以及壳侧进出口压降,温差,换热量随壳侧Re变化的特性曲线。

螺旋肋片自支撑换热器强化换热试验研究

为了利用螺旋流动强化传热的特性并简化换热器结构,结合螺旋折流板换热器的结构和流体流动特点,开发了一种螺旋肋片自支撑换热器。为了掌握螺旋肋片自支撑换热器的传热和压降综合性能,建立了换热器的试验模型和试验装置。在相同的试验条件下与折流杆换热器进行对比试验,结果表明：当雷诺数Re=6000时螺旋肋片换热器的总传热系数比折流杆换热器提高13.3%,并随着雷诺数增大强化传热效果更加显著;而同时压力梯度却降低了87.5%,并随雷诺数增大二者的压力梯度差值变大。在试验雷诺数2000-6500的范围内,螺旋肋片换热器的综合性能K/P值是折流杆换热器的1.4-2倍。可见,螺旋肋片换热器具有较高的传热系数和较低的压降,因而具有良好的发展及应用前景。

管间距对矩形翅片椭圆管换热管束性能的影响

采用标准k-ε模型,就横向管间距和纵向管间距对矩形翅片椭圆管换热管束流动换热性能的影响进行分析.研究发现:横向管间距是主要影响因素,纵向管间距的影响较小;横向管间距越大,等压降约束条件下的综合性能越差;扰流孔的存在强化横向管间距和纵向管间距的作用,开设扰流孔使得管束综合性能有所下降.

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.

螺旋翅片管束换热过程的熵产分析

对不同翅片间距sf、管束横向节距st和管束纵向节距sl的9组螺旋翅片管束的换热和流动过程进行了试验研究.分析了换热过程的熵产,研究了雷诺数(Re)、翅片间距、管束横向节距和管束纵向节距对管束换热熵产数NsH、流动熵产数NsF和总熵产数Ns的影响.结果表明:对不同布置方式的管束,随着Re的增加,NsH迅速减小,NsF逐渐增加,Ns先减小后增加;翅片间距对NsH影响较小,在高Re下,翅片间距增大时,NsF和Ns均明显降低;横向节距对NsH几乎没影响,但随着横向节距的增加,NsF和Ns均明显降低;管束纵向节距对NsH、NsF和Ns的影响都很小.

斜针翅管强化混合管束换热器的优化设计

在介绍斜针翅换热器针翅结构优化理论分析、优化性能试验研究的基础上 ,根据理论研究与试验关联的半经验计算公式 ,对斜针翅管混合管束与光管换热器进行了设计方案比较 ,得出了优化设计方案。该方案不仅可减少设备投资 。

支撑失效对折流杆换热器管束振动特性影响研究

建立了换热管的三维模型,采用数值模拟的方法研究了支撑失效对换热管固有频率的影响,并采用实验方法研究了固有频率与临界流速的关系。结果表明,折流杆换热管支撑失效会显著降低换热管的固有频率,且当管阵中存在低频率换热管时,管束整体临界流速显著降低,低频率换热管的临界流速有所提高。

钉头管自支承式换热器壳程性能研究

对钉头管自支承式换热器钉头纵向间距分别为20,35和50mm的三种钉头管-光管混合管束进行了壳程性能试验研究,并与纯光管管束试验进行了比较,得到了钉头管自支承式换热器的壳程摩擦阻力系数和传热膜系数的回归关联式。研究结果表明钉头管自支承式换热器具有良好的壳程强化传热性能,当1000≤Re≤4295时,以钉头纵向间距s=35mm的混合管束的α/Δp性能最优,其平均值比光管管束提高了34%。

电站间接空冷散热器管束防冻预测模型及数值验证和实验研究

为准确揭示间接空冷散热器管束防冻机理,指导间冷电站冬季的防冻高效运行,该文以电站空冷散热器管束为研究对象,基于循环水和冷却空气能量守恒及空冷散热器传热方程,利用MATLAB平台建立管束防冻预测模型,求解获得不同操作参数和气水流程下管内循环水温度分布规律和临界防冻特性。结果表明:对于交叉顺流管束,在背风侧管束内水会出现“反吸热”现象,潜在冻结位置出现在背风侧第一排管中部或出口区域。对于交叉逆流管束,临界冻结位置仅出现在迎风侧第一排管或第二排管的出口。相同条件下,四排管逆流管束最易发生冻结危险,而六排管顺流管束具有更好的防冻特性。研究结果为电站空冷系统高效运行和防冻预测提供理论依据,所开发的数学模型也可应用于空调制冷、太阳能等领域多管排换热器的传热特性预测和调控。

基于CFD模拟的翅片管束多孔介质模型建立方法及流场模拟

为了利用多孔介质模型对翅片管束外流场进行计算,首先利用实体模型计算了局部管束的流场特性以获得多孔介质参数,在验证了多孔介质模型的准确性后,使用该模型对大尺度管束的流场特性进行了计算。结果表明:可以采用多孔介质模型对翅片管束进行简化计算,局部计算得到的多孔介质参数可以应用到增大长度、高度和宽度后的大尺度同型管束区域计算上,多孔介质模型与实体模型的误差基本在10%以内。

电站空冷散热器管束防冻性能实验研究

冬季低温环境下,电站空冷散热器存在管束冻结风险,确定管束水侧低热负荷、低流速条件下的冻结临界值对空冷机组安全高效运行具有重要意义。由于实际空冷散热器翅片管束长,测试困难,采用分段实验测试方法,将原型散热器管束均匀分割为8段,以其中一段作为实验样件开展临界防冻测试,通过对每段测试数据的衔接与关联,实现对全尺寸空冷散热器管束防冻特性的定量表征。以水冰点0℃为临界冻结边界,获得环境温度为–10、–8、–6℃,迎面风速为1.0、1.5、2.0 m/s条件下,每个测试段管束的进口水温。实验数据显示:在循环水流量一定时,临界进口水温随着空气迎面风速的增加、环境温度的下降而升高;当环境条件一定时,迎风侧管束临界进口水温随着循环水流量的增加而下降,这可为空冷散热器防冻设计提供关键数据。

锯齿型螺旋翅片管束传热特性实验研究与传热关联式评价

对一种锯齿型螺旋翅片管束的传热特性进行了系统的实验研究,基于实验结果提出了该管束的换热关联式,并与现有的相关关联式进行对比分析。研究发现,当纵向管排数小于4时,管束换热的Nu随管束的增加而增大,而当管排数不小于4时,管排数对管束换热的Nu影响不显著。现有的关联式之间差异较大,评估关联式应综合考虑关联式预测值与实验值的偏差和关联式预测值与实验值随雷诺数变化趋势。

第五代福哥型间接空冷散热器流动换热性能数值研究

在我国北方干旱地区的火力发电厂中,间接空冷系统由于其优越的节水性能得到了广泛应用。第五代福哥型间接空冷散热器(下文福哥型散热器亦指此)作为一种主要的空冷散热器型号,研究其流动传热特性,对于电站间接空冷系统的选型及高效运行具有重要意义。该文采用数值模拟的方法,计算获得了福哥型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关系。通过与同尺寸、没有开扰流孔散热器翅片管束的流动换热数据进行比较,结果表明:随着入口风速的不断增加,两种散热器翅片管束的空气流动压降和对流换热系数逐渐上升,摩擦因子则随之降低。空气在通过福哥型散热器时,扰流孔处的流动边界层和热边界层都遭到破坏,在增大流动损失的同时,也使传热得到显著强化。当来流风速uf为5m/s,Re为4800时,福哥型散热器翅片管束的综合性能达到最优。

多排密集翅片替换热管束制造过程中焊接变形的分析和控制

对多排密集翅片管换热管束制造过程中普遍存在的翅片管与管箱的焊接变形问题进行了分析，编制了适用于这一类型焊接变形问题分析的计算程序，提出了焊接变形控制措施，并成功地应用于生产实际过程中。

钛管折流杆换热器的设计与制造

钛材具有优异的力学性能,密度小,耐腐蚀性能较好。在较高流速的海水中,钛管的耐冲刷性能尤为突出。电站中大容量水-水换热器采用的钛管壁厚较薄,钛管可能因振动而破损,为避免钛管在运行中出现的振动问题,设计了折流杆式换热器,这种换热器的特点是壳程内不设置折流板,利用折流杆组成的折流圈代替折流板,实现对换热管的支撑,将折流板换热器的横掠管束改成折流杆换热器的纵掠管束,可防止壳侧流体对换热管的诱导振动,同时提高了换热效率,降低了壳程阻力。