顺逆流换热器部分冷热流体温度凸凹变化的数学解析

针对传热学教学中换热器中冷热流体温度变化,建立冷热流体温度沿流动面积变化的数学模型,此模型给出冷热流体温度沿换热面积的显示表达式,及其对流程方向的一阶导数、二阶导数,针对冷热流体热容量大小,完整给出顺、逆流换热器的温度变化曲线凸凹性的条件.这部分内容是对现有换热器教学内容的有益补充,也强化培养学生的物理问题数学思维.     

三流体分离型热管换热器性能分析及应用

建立了三流体分离型热管的传热分析模型,得到了各排热管具有相同换热面积和不同换热面积顺流和逆流换热器的温度传递矩阵方程。利用具有相同换热面积换热器的温度传递矩阵方程,导出了顺流和逆流换热器的2个传热有效度θ1、θ2与M1、M2、NTU1、NTU2、、U及Δti的关系式。应用所得的结果,对大型高炉热风炉的烟气余热回收装置进行了设计和变工况校核计算,实践证明结果正确。     

换热器折流区域流路的传热分析及与逆流换热偏差的研究

本文采用换热器壳程流路传热分析的方法,对换热器折流区域流路的传热进行了数学分析,并与纯逆流的换热过程作了对比。通过数学分析,对换热器折流区域的传热性能在不同的冷热流出口温度比例条件下较逆流换热过程性能偏离的程度得到了定量的结果,给出了在换热器中冷热流体在不同的换热任务时应该选择的折流区域与逆流区域的面积比例关系。揭示了现有换热器技术在结构大型化之后难以在单个换热器中完成冷热流体出口温度比例小于1换热的原因,并给出了大型换热器结构改进的有效途径。     

土壤源地源热泵地埋管换热器管群换热分析

基于线热源理论和叠加原理建立了土壤源热泵地埋管换热器管群地下传热基本数学模型,并运用拉普拉斯变换和数值反演技术进行了求解.研究了埋管进口流体温度相同时,地埋管换热器管群连续运行换热能力和出口流体温度变化规律.研究表明,换热初期管群各埋管换热能力和单埋管时相同;随着换热的进行,由于热干扰影响,各埋管的换热能力低于单个钻孔情形,出口流体温度比单个钻孔的出口温度高;埋管间距越大,管群埋管之间的热干扰越小.     

无管换热器的稳态换热特性

对无管换热器中颗粒帘换热单元的稳态换热特性进行了研究,为目前空气预热器的研究提供新的指导方向.通过传热数学模型构建、详细数学计算和定量分析,研究了颗粒质量流量对换热单元以及无管换热器出口温度的影响.研究结果发现,在颗粒帘换热单元中,当颗粒质量流量足够时,冷流体加热后的出口平均温度可无限接近热流体初始温度,冷热流体之间实现深度换热,换热效果明显;在满足颗粒帘空隙率大于0.98的条件下,颗粒质量流量越小,气固颗粒在换热通道中越容易达到换热平衡;由于换热单元中间冷热源-气固颗粒之间的温差小,换热单元的换热效率低,使得由换热单元组成的无管换热器冷热气体之间的整体换热效率较低.     

管壳式换热器热-磁-流耦合强化换热数值分析

采用Fe₃O₄/水磁性纳米流体和磁场改善管壳式换热器壳程的对流换热性能。通过三维数值模拟，分析了磁性纳米流体体积分数、流率和磁感应强度对管壳式换热器对流换热性能的影响。结果表明，换热器的传热率和强化效应会因为纳米粒子的导热系数和布朗运动而得到提高，但当体积分数大于1%时，提升幅度会逐渐减小并且效能评价系数会降低。相比其他性能强化技术，磁场对磁性纳米流体的作用可以使换热器在压降增加不大的情况下显著提高换热性能；与没有施加磁性纳米流体和磁场的情况相比，磁场下加入了Fe₃O₄/水磁性纳米流体的管壳式换热器的传热率提升最高可达68.2%，而压降只增加了13.8%，与施加了磁性纳米流体而没有施加磁场的情况相比，其传热率的提升最高可达46.7%，而压降只增加了1.96%。磁性纳米粒子本身具有的高导热性质和其布朗运动效应以及磁性纳米流体在垂直均匀磁场的作用下带动壳程流体形成的由内向外的旋流，加剧了对热边界层的扰动和冷热流体的混合，是对流换热性能增强的主要原因，且磁感应强度越大，流体流率越低，磁场对流体综合传热性能...     

换热器壳程流路分析及折流与逆流的换热偏差

热流体与冷流体的出口温度比α对换热器的有效传热温差有重要影响,不同的α代表不同的换热深度.为探讨管壳式换热器换热深度与长径比的关系,文中采用流路分析法对换热器壳程折流区域的传热性能进行数学分析,并与纯逆流情况作对比.结果表明:在深度换热的临界点(α=1),折流区域的换热性能远低于逆流换热,应避免折流区域靠近临界点操作;换热器折流与逆流区域传热温差的偏离量随α变化,为避免偏移量过大,应控制折流区域面积占总传热面积的比例;α1时,为使传热温差偏移小于5%,应使折流区域面积占总传热面积的比例小于0.6/R1a,c(R1a,c为临界点逆流冷流体出口、进口温差与算术平均温差之比).文中揭示了现有换热器结构大型化之后难以实现α1的原因,并给出了一种可以增加换热深度受限的有效结构——壳程多通道结构.     

三流体分离型热管换热器的传热分析

提出一个三流体分离型热管换热器的传热分析模型。通过传热分析，得到一个基本温度传递距阵方程，该方程可用于预测这种换热器的顺流、逆流换热以及两种冷（热）流体对一种热（冷）流体换热性能，最后，通过对一个实际工程的计算表明，所提模型是可靠的。     

换热器最小换热面积的稳健性选型设计方法

本文构造了一个含传热面积的稳健性目标函数；介绍了双侧流体温度、流量、污垢热阻值均处于浮动时换热器的选型设计方法，它能搜寻出更多的具有较小换热面积和较大操作弹性的系列标准产品，为制订流量、温度及污垢热阻适宜的操作范围提供参考．     

内置组合转子换热管强化传热性能评价

在传统的强化传热综合性能评价方法基础上,综合考虑内置转子后强化管流通面积、当量直径、流体流动路径以及整个换热系统的影响,基于相同泵功率条件提出了反映换热系统及换热器采用转子强化传热技术后性能改善的评价方法;同时,针对组合转子进行了相同泵功率条件下两种评价方法的对比研究,研究结果表明：本文提出的评价方法与传统评价方法随着雷诺数变化的趋势是一致的,并且两种方法计算出的组合转子综合性能评价因子均大于1,从而说明了组合转子能产生较好的强化换热综合性能。     

水基磁性流体水平加热棒下的池沸腾传热实验研究

研究了磁性微粒浓度、外加磁场对水基磁性流体在水平加热棒加热情况下的沸腾传热影响．实验结果显示，磁性微粒浓度、外加磁场对磁性流体的沸腾换热有很大影响．高浓度的磁粒浓度使磁性流体沸腾换热恶化，对于中低浓度的磁性流体，存在一个最优的磁粒浓度，在该浓度下沸腾传热的强化效果最显，施加磁场时该结论仍然成立．施加磁场使磁性流体的沸腾传热强化．     

基于联合仿真的板翅式换热器换热特性模拟

为获得板翅式换热器整体结构内的流场与流量分配特性,采用联合仿真中MATLAB和FLUENT计算模型的流动和传热模块,在压力场和温度场相互耦合的情况下,以天然气为例分析板翅式换热器内部流量分配特性对换热的影响。研究表明:板翅式换热器内由于流量分配不均而引起的出口温度分布不均更为严重;天然气侧在不发生相变的情况下,因温度压力变化会使密度升高约10%,动力黏度降低13%;流量由小到大变化会使表面传热系数增加约1.9倍,计算微元压降增加约3.5倍;板翅式换热器内由于流量分配不均而出现的小质量流量和大质量流量都会造成换热效率下降,出现换热面积不能得到充分利用或天然气不能冷却到理想温度等问题。     

转折角对Z形通道印刷电路板式换热器中二氧化碳流动与换热特性的影响

针对超临界二氧化碳气冷堆核电系统中Z形通道印刷电路板式换热器的优化设计，通过数值模拟研究转折角对印刷电路板式换热器中二氧化碳流动和换热特性的影响规律，分别拟合出摩擦因子和努塞尔数的计算关联式，分析传热过程的热阻，并讨论换热器的综合性能。结果表明，摩擦因子和对流换热系数均随转折角的增大呈抛物线规律增长，在转折角小于20 °时增长较慢。导热热阻占总传热热阻的4.16%～16.02%，并随二氧化碳质量流率和转折角的增大而升高，在印刷电路板式换热器的传热计算中，不应被忽略。随着转折角的增加，通道中努塞尔数的增长幅度小于摩擦因子的增长幅度，传递相同热量的泵送功率增大，但所需换热面积减小，换热器的制造成本下降，实际应用中需进一步通过技术经济分析以选取最佳转折角。为了控制通道中流动阻力占进口压力的比例，转折角以不超过20 °为宜。     

板式相变储换热器的储换热准则

为提高蓄冷系统的功效,建立了分析板式相变储换热器储、换热性能的理论模型,采用温度—相变界面迭代法分析了相变界面和流体温度随时间和位置的变化规律,讨论了当传热流体为气体时,在气体侧加肋片后的强化换热效果,得到了相变界面、蓄冷量和流体温度的量纲一的公式,它们不局限于某一种相变材料或工况,对板式相变储换热器的设计和性能优化具有普适的指导意义。     

基于(火积)耗散的换热器热阻分析

讨论了一维导热、典型对流换热过程和换热器中热阻的概念,提出了基于煨耗散的换热器热阻和换热器热阻因子的定义.建立了基于这一热阻的换热器分析方法,讨论了传热单元数和热容量流比对换热器热阻的影响.     

基于[火积]耗散的换热器热阻分析

讨论了一维导热、典型对流换热过程和换热器中热阻的概念,提出了基于[火积]耗散的换热器热阻和换热器热阻因子的定义．建立了基于这一热阻的换热器分析方法,讨论了传热单元数和热容量流比对换热器热阻的影响．     

一项评价换热器性能的热力学指标

在换热器性能分析与评价中引入了可用能损率的概念，得到了几种典型换热器可用能损率的一般计算式；提出了一项反映换热器可用能损率相对大小的热力学评价指标ＮＬ准则，讨论了流体进口温度比、热容量比、传热单元数及换热器流型对ＮＬ准则数的影响。     

缠绕管换热器并管传热模型及实验

为了研究缠绕管式换热器中的并管结构的传热规律 ,对并管金属管壁的微元段建立热平衡方程 ,以管壁温度对称分布及通过两并管焊接结构的热量相等为边界条件 ,提出了并管传热模型。在以空气为工质的并管传热实验台上 ,测定了管壁温度 ,然后与模型计算管壁温度比较 ,验证了该传热模型的有效性。该模型是多流体并管式缠绕管换热器设计计算的基础。在低温和深冷分离工程中 ,这种结构紧凑可实现多流体换热的缠绕管式换热器 ,有着广泛的应用     

强化传热技术在快装锅炉中的应用

强化管内单相流体的对流传热,是当今世界各工业国大力进行研究的科研课题。强化传热可用于提高现有热交换器的传热能力,亦即可提高设备的出力;对于新设计的热交换器,可用于减少它的体积和换热面积,以节省钢材和其他材料的耗量;也可用于降低输送流体所耗功率;对于某些热交换器,可用于减小传热温差(或端差),以提高系统的热效率。此外,强化传热还可用于降低热交换器壁面的温度,以保证其长期安全运行。     

管式换热器在混合气体余热回收中的传热优化

为了研究高温混合气体在管式换热器中的传热特性,基于k-ε湍流模型、传热理论和Maxwell-Stefan扩散理论建立三维稳态数值模型,分析物质扩散条件对换热器温度场分布的影响。对换热器进行参数化分析,如冷热流体入口温度、速度,并从?的角度探究换热器的热传递效率。研究发现,物质扩散改变了混合气体中各组分的分布,使在传热中占主导地位的氢气发生回流扩散,反复换热,消耗高温流体热量,降低了换热器的传热性能,与未考虑物质扩散因素相比,等效传热系数从16.564 W/(m~2·K)降为15.955 W/(m~2·K),且在一定的工况参数范围内,换热器的效率在10%～30%之间,冷却效果明显。