双管程管壳式换热器的流动与传热机理分析

为探究双管程换热器内部流体的流动与传热机理,建立单管程、双管程换热器的数值计算模型,分析单管程、双管程换热器性能的异同,并探究了不同折流板配置下的双管程换热器内部流体的湍流流动和传热特性。研究结果发现,双管程换热器的管程压降远大于单管程换热器,其管程流体在由第一管程进入第二管程时,会有较大的逆压梯度,在管程封盖中部分流体从主流流体中分离,形成涡流和流动死区,三种不同折流板配置的双管程换热器中,螺旋流换热器的壳程流体混合地较为均匀,并取得了优良的壳程综合性能。研究内容可为双管程换热器的性能优化提供指导,也为热力系统中换热器的选型和结构优化设计提供了理论参考。

双螺旋盘管内膨胀石墨对相变材料的传热强化机制与蓄放热性能

本工作提出了一种双螺旋盘管与膨胀石墨强化传热的相变蓄热器结构,通过建立双螺旋管相变蓄热器模型,模拟了双螺旋管的螺距、材料热物性对蓄放热性能的影响规律。探讨了限制空间下相变材料自然对流与材料导热增强在传热强化过程中的控制作用。结果表明,在加工螺距限制条件下,减小螺距及增加螺旋数可以提升蓄热器放热性能。膨胀石墨可以提升相变材料热导率,同时会导致材料黏度增大,因此添加膨胀石墨能增强蓄热器的导热换热,但抑制自然对流换热。通过对比分析发现,在限制空间下材料的导热增强带来的传热强化程度能够弥补由于材料自然对流不足导致的传热损失。因此,本工作揭示了相变蓄热器传热强化的控制步骤在于材料热导率强化。基于实验和仿真结合的方式,本工作设计了一款用于加热生活热水的蓄热器结构,验证了所设计的蓄热器在宽进口温度、进口流量等操作工况下具有优异的放热性能。该蓄热器与电加热器相结合,能够在电热功率小于2200 W的条件下实现热水加热功率超3500 W,突破了家用电热设备的功率限制。

双集箱换热器结构及制造工艺优化

随着工业科技的发展,工业系统中对于换热器的要求向集中型、密集型、高效型以及轻质型发展。而上、下双集箱,薄壁不锈钢换热管,成为此类换热器的发展方向。本文首先介绍此类换热器的结构形式,重点对其制造中存在的难点及解决措施进行讲述。

铅铋反应堆新型双层换热管式主热交换器设计与优化分析

双层换热管的设计可以有效降低换热管破裂事故的发生概率,但管间接触热阻会导致换热管传热效率降低,不利于铅铋反应堆一回路系统热量的顺利导出,因此需要优化双层换热管的设计。本文以铅铋反应堆双层换热管式主热交换器为研究对象,提出在双层换热管间隙中填充镓基石墨烯纳米流体作为热界面材料,分析换热管长度、壁厚、外径和间距对传热性能的影响规律,并与未填充热界面材料的双层换热管式主热交换器传热性能进行对比分析;分别以JF因子和成本效率比(Cost-effectiveness Ratio,CER)为优化目标,以上述4种参数为优化变量,采用遗传算法对主换热器传热性能进行优化和综合评估,得到一种铅铋反应堆新型双层换热管式主热交换器设计方案。优化后的主换热器总传热系数增加5.79%,一回路压降提升2.32%,JF因子提升5%,CER因子提升24.62%。结果表明:在双层换热管间隙中填充镓基石墨烯纳米流体可以在降低蒸汽发生器管破裂事故概率的前提下,有效提高双层管换交换器的传热性能。

制冷换热器双侧强化换热管的实验方法对比

大型制冷系统中的换热管通常采用管内、管外表面双侧强化结构,因不便在壁面布置温度传感元件,双侧强化管需要特别的实验方法来测定其性能,包括Wilson图解法(WPM)、修正Gnielinski公式法(MGF)、Wilson-Gnielinski公式法(W-GF)。不同的方法有各自的应用场合和使用局限性。本文针对双侧强化管提出一种便于应用的新方法,称为待定指数法(UEM),通过线性拟合和优化得到关联式中的待定参数,可有效分离管内、管外对流换热表面传热系数。在双侧强化管上进行了R134a管外蒸发、水管内流动的两组实验,以此对包含新方法的4种实验方法进行应用对比。结果表明:4种实验方法得到的强化管管内、管外对流换热表面传热系数的强化倍率分别在2.88~3.23、3.15~3.54之间,不同方法得到的管内、管外对流换热表面传热系数差异分别在15%、11%以内。4种实验方法可根据不同的应用条件选择使用,UEM限制条件少、应用方便,是一种更加高效、准确的实验方法。

非线性声流作用下并列双换热管流动传热特性研究

为研究强声波作用下时均非线性声流引起的流动传热问题,建立并列双换热管周围非线性声流耦合非均匀温度场的数值模型,采用雷诺应力法计算不同声频率(20~2 000 Hz)和声压级(123.31~140.21 dB)下非线性声流对管束周围温度场和管壁换热系数的影响规律。结果表明:高强声形成的畸变性非线性声流效应对换热管束的传热过程具有显著调制作用;换热管平均努塞尔数随着声频率、声压级的增大分别呈指数形式减小、增大;管束间隙区域非线性声流旋涡对热量具有捕集效应,使间隙区域平均努塞尔数较小,且局部努塞尔数总是呈“U”型分布;与高频强声相比,20 Hz和140.21 dB的低频强声产生的非线性声流效应具有更显著的传热强化效果,平均努塞尔数比1 000Hz提高了2倍、比123.31 dB提高了2.37倍。

氯气透平机中间冷却器泄漏及改进措施

分析氯气透平机中间冷却器的泄漏原因,介绍了判断泄漏的方法及改进措施。

双D形管高效换热平行流蒸发器设计

为提升集液管封堵的可靠性,使其更加适用于高压力工况,进一步提高换热效率,设计了一种双D形管平行流冷凝器。设计的双D形管平行流冷凝器主要包括两层芯体、第一双D形管A、第二双D形管B。其长度方向的剖面为D形第一管体、D形板的第一插板、第一插槽、第二插槽等。通过设置第四插板,有效地均匀输送流体,延长了流体路径,提高了平行流蒸发器的热交换效率。第一插板插入第一插槽内实现了双D形管端部,并通过焊接的方式实现封堵,可承受更大的流体压力,封堵可靠性高。双D形管平行流冷凝器在减轻重量、提高集液管封堵的可靠性以及换热效率等方面具有突出优势,是我国汽车空调行业推广应用平行流冷凝器向轻量化、节能、环保方向发展的必然趋势,具有广阔的市场应用前景。

相变乳状液在蛇形管中的流动和传热特性

用正十四烷、复合表面活化剂和水制成O/W型相变乳状液作为相变蓄冷及传热介质,对其作为非牛顿流体和固液两相流的流动和传热特点进行了分析,通过测试得出不同浓度乳状液在蛇形管道中的对流换热Nυ数和摩擦系数,并给出了换热和阻力的无量纲关联式。指出了对这类特殊相变蓄冷材料作进一步研究的方向。

竖直双U型埋管地热换热器支管间热短路分析

采用地热换热器准三维传热模型和数值计算的方法,对竖直双U型埋管地热换热器支管间的热短路进行了分析,讨论了管间距和回灌材料的导热系数对热短路的影响,并提出了减少热短路的措施。

地源热泵系统双U型埋管换热器的测试实验

建立双U型垂直埋管试验井测试实验装置,通过现场测试采集当地的岩土热物性参数,从而确定土壤的原始地温、单位井深的散热量等参数,对地源热泵设计有一定的参考价值。结果表明,土壤的原始地温为19.2℃;夏季工况下,地下换热器的进、出口水温度分别为35℃和31℃时,单位井深的散热量为62.55W/m。

夏热冬暖地区三种地埋管换热器冬季换热能力的实验研究

搭建了实验台,研究了单U形管、双U形管和套管换热器分别在热泵连续运行与间歇运行方式下换热量随时间的变化趋势。结果显示,双U形管换热器的单位井深换热量最大,单U形管换热器次之,套管换热器最小;间歇运行方式比连续运行方式下的换热量大。

多管型套管式换热器传热与流阻性能试验研究

多管型套管式换热器是在大尺寸外管的内部布置多根内管所构成的换热设备 ,与单根内管的套管式换热器相比 ,流量大幅增加 ,选用螺纹内管和管间折流板可以强化传热。对于多管型套管式换热器的传热性能试验 ,采用修正威尔逊法进行试验计算 ,得出了两种多管型套管式换热器的传热与流动阻力性能试验结果。

套管式地埋管换热器换热性能实验研究

以深度为60 m的镀锌钢管套管式地埋管换热器地源热泵系统和热电阻测温系统为实验平台,对土壤温度、套管式地埋管换热器换热性能及换热器对周围土壤的热影响进行了实验研究。研究表明,南宁市地下5-60 m的土壤温度为23.2-23.7℃;Φ80和Φ65套管式地埋管换热器的合理流量分别为1 500 L/h和1 200 L/h,对应的单位井深换热量分别为107.5W/m和81.4 W/m;不同内管导热系数对套管式地埋管换热器换热性能的影响很小;内进外出流动模式换热器的换热性能优于外进内出模式;间歇运行有利于土壤温度的恢复。

双套管双管板换热器流动及传热性能数值模拟

采用CFD软件方法,研究双套管双管板换热器传热及流动特性。对隔绝腔连同内外套管的环形间隙内分别充入空气、水、甲苯气体和氩气4种介质进行模拟。结果表明:不同介质对传热有不同影响,充入水时的换热效果最好,甲苯气体的最差;壳程介质在流体接管进、出口附近存在回流和绕流且速度较小,管程介质流动较为均匀,受壁面边界层影响,速度在管中心处较高,在管壁处较低;采用模拟和传统计算方法分别得到不同雷诺数下的总传热系数,模拟得到的值比用常规设计计算结果好15%—30%,因此传统计算公式不能很好地解决此类换热器在实际中应用问题,通过模拟实验等手段优化传统计算方法是今后研究重点。

基于CFD技术的双U型地埋管换热器传热热阻

以地热埋管换热器为研究对象,对换热器各环节热阻进行了数值模拟.模拟利用Fluent软件,建立双U型埋管换热器二维模型,并对钻孔内外各传热过程进行数值模拟.将模拟结果与理论计算结果进行了比较,并讨论管间距半宽、PE管外径以及钻孔半径的变化对PE管内热阻、钻孔内热阻和钻孔外热阻的理论公式计算精度的影响.结果表明:对于PE管内热阻和钻孔外热阻而言,其模拟值和理论公式计算值非常相近,而钻孔内热阻的理论计算公式精度较差,其计算值和模拟值之间存在较大偏差;且管间距半宽和钻孔半径对理论值与模拟值的相对误差几乎无影响,而钻孔内热阻的理论值与模拟值之间的相对误差会随着PE管外径的增大而变大.

双管板换热器制造质量控制研究

针对双管板换热器在制造过程中可能影响产品质量的关键点,进行分析、归纳、研究。发现内管板与换热管的强度胀接质量是影响整台双管板换热器质量的关键。因此,有针对性地制定相应的工艺措施,对内管板与换热管的强度胀接质量以及会对其造成影响的因素加以控制,确保质量满足设计要求。实践证明,在制造中采取控制措施,产品质量得到了保证,达到了预期目的。

轴流式双壳程缩放管管壳式换热器的工业试验

对栅形网板支承的双面强化传热缩放管束在轴流式双壳程结构管壳式换热器中的液-液传热强化及流阻性能做了工业试验,流体介质为三甲苯工作液及水。试验结果表明,与传统单弓形折流隔板支承光滑传热管的管壳式换热器相比,总传热系数提高63％,壳程压降可减少18％。

非牛顿流体在波节套管换热器中流动与换热的实验研究

针对非牛顿流体在波节套管换热器管程的流动与换热进行了实验研究。重点研究了0.2%黄原胶溶液(XG)在不同波节套管换热器管程流动时的传热与阻力特性,并分析了强化传热机理。结果表明在相同工况下,随着管程黄原胶溶液Reynolds数Re_(XG)的增大,套管换热器总传热系数k和管程进出口压降Δp逐渐增大;波高H和波距S影响黄原胶溶液在套管换热器管程的流动与换热。随波高H增大,黄原胶溶液受波节处的涡旋效应的影响更明显,流体层间剪切力变大导致黄原胶溶液黏度变小,湍流程度更大,管程传热性能提高,压降也增大,但综合传热性能不断优化;随波距S增大,单位长度波节数量减少,对黄原胶溶液扰动影响降低,湍流程度降低,管程传热系数先增大后减小,流动阻力不断降低,综合传热性能先提高后减弱。当H=3.5 mm、S=30 mm时管程波节管的综合换热因子η_(tube)达到最大,η_(tube)是相同条件下圆管的5.11~6.69倍。

双管板换热器管板设计厚度探讨

由于双管板换热器管板结构的多样性,其管板厚度设计方法目前国内没有标准可依,国外TEMA标准也仅给出了3种设计计算模型。针对某U形管及固定管壳式换热器双管板结构,根据SW6软件相应模块进行管板厚度近似计算,在此基础上采用ANSYS软件对管板模型结构进行热应力分析并进行优化设计。分析结果表明,双管板换热器管板厚度采用SW6软件近似计算是安全的,但结果过于保守。有限元优化设计有效地降低了管板厚度,为双管板换热器管板设计提供了有效手段。