无管板列管式换热器的结构及传热研究

针对列管式换热器壳程传热膜系数较低、高流速时易产生流体诱发振动、管板与换热管之间存在间隙腐蚀的实际情况,提出了一种无管板列管式换热器结构.该结构提高了壳程的传热膜系数,解决了间隙腐蚀的问题,减小了壳程流体的流动阻力和流体诱发振动,为列管式换热器的结构改造提供了好的形式.     

螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究进展

在介绍螺旋折流板管壳式换热器的结构及原理的基础上,对壳程传热强化及阻力特性的研究现状进行了总结,分析了壳侧流体的流动和换热机理,表明螺旋折流板结构是改善壳侧流动换热性能的有效措施.与弓型折流板换热器相比,螺旋折流板换热器的最大特点是单位压降下的壳侧换热系数高.结合具体实例介绍了其在石油化工、能源动力及核能应用等行业中的应用前景.关于螺旋折流板换热器,还有许多问题需要进一步研究,如流动换热的机理以及影响流动换热机理的几何因素、相变情形、介质物性等.     

折流板结构对管壳式换热器壳程流动与传热的影响

利用F luent软件,对弓形折流板换热器和连续螺旋折流板换热器壳程的流场、流动阻力和换热进行了数值模拟分析,并对计算结果进行了实验验证.结果表明,弓形折流板换热器壳程存在明显的流动滞流区,螺旋折流板换热器中的流场分布则比较均匀.在相同的流量条件下,螺旋折流板换热器壳程的流动压降大约只有弓形折流板换热器的32%,换热能力则略低于弓形折流板换热器,但单位压降下的换热系数有很大的提高,大约是弓形折流板换热器的1.3倍.数值计算结果与实验值符合良好,说明采用的数学模型是合理的,较真实地反映了换热器的实际情况.     

径向热管换热器壳程数值模拟及结构参数优化

利用FLUENT软件,对同轴径向热管换热器壳程进行模拟计算,分析烟气速度、温度及局部对流换热系数沿壳程的变化规律,并寻求换热器结构参数优化值。研究结果显示:换热器壳程,离热管管壁越近,温度梯度越大;烟气流经管束时,在管束尾部形成一个楔形的涡流区,速度在流体出现脱体的地方达到最大;湍流强度在涡流中心区域也达到最大值,中心区域的换热强度明显高于热管两侧边缘处,管束尾部的烟气温度低于管边缘处的烟气温度。将模拟结果与测试结果进行比较,误差在10%以内。通过改变换热器结构参数,对换热器壳程烟气对流换热进行分析研究,得到径向热管换热器结构优化参数:横向管距为114~120 mm;纵向管距为120~125 mm;翅片高度不应高于26.5 mm;翅片间距为6 mm。     

单弓形小圆孔折流板换热器壳程流体特性

基于流体力学基本原理和周期性充分发展模型理论对换热器壳程流体进行分析。提出一种单弓形小圆孔折流板管束支撑结构,即在传统的单弓形折流板上开孔,减小传热死区和换热管束的振动。利用CFD技术对这种单弓形小圆孔折流板换热器壳程流体的流动和传热性能进行数值模拟。分析结构和操作参数对单弓形小圆孔折流板换热器综合换热性能的影响,利用多元线性回归推导其壳程压降和对流换热系数的准数关系式。研究结果表明:单弓形小圆孔折流板换热器的壳程压降、对流换热系数和综合换热性能分别为传统单弓形折流板换热器的34.25%~50.86%,73.17%~95.29%和1.438 9~2.782 2倍。     

螺旋折流板换热器结构参数多目标优化的数值模拟

针对螺旋角和搭接度对螺旋折流板换热器中的流体流动和传热特性具有重要影响的问题,采用数值模拟和多目标遗传算法优化结合的方法对螺旋折流板换热器的流动和传热特性进行了研究,并通过中心复合设计响应面法生成实验点进行了计算。研究表明:螺旋折流板换热器壳侧换热系数和压降均随螺旋角的增大而减小,随搭接度的增大而增大。由灵敏度分析可知,螺旋折流板换热器的换热系数和壳侧压降均与螺旋角呈负相关,与搭接度呈正相关,且二者对螺旋角的灵敏度更大。同时,由多目标遗传算法优化方法在连续的响应平面中得出使换热系数最大、壳侧压降最小时最优的3组结果,与原始结构相比,壳侧换热系数平均增加了28.3%,壳侧压降平均降低了19.37%,这对于螺旋折流板换热器结构参数的研究具有重要意义。     

一种浮头式管板换热器的设计

浮头式换热器由于浮头可以自由移动,无温差应力,易于拆接、抽管,是目前最为广泛使用的换热器之一。本文依据给定的技术条件设计出了一种浮头式管板换热器,对浮头式换热器的技术特点和基本结构进行了介绍,并对其工艺进行了设计与计算;在此基础上,较为详细地阐述了换热器主要零部件的选型及设计。     

螺旋折流板波槽管换热器换热与阻力实验研究

以水为工质，对螺旋折流板波槽管换热器、螺旋折流板光管换热器及传统弓形折流板光管换热器进行了壳程和管程的传热及阻力对比实验研究．结果表明，相比弓形折流板光管换热器，螺旋折流板光管换热器总传热系数和壳程换热系数分别提高50％～80％和90％，壳程阻力减少15％～20％；螺旋折流板与波槽管结合使用，换热能力进一步加强，总传热系数是弓形折流板光管换热器的2．01～2．11倍，是螺旋折流板光管换热器的1．15～1．6倍．     

基于热应力模拟的U形管换热器结构改进

文章使用Ansys软件对传统U形管换热器的管、板进行热应力的数值模拟,分析热应力的大小是否过大,在此基础上提出一种新型双管板U形管换热器结构,目的在于减小管、板结合处的热应力,同时改善传统U形管换热器的一些其他缺陷;并通过Ansys分别对传统、新型U形管换热器工况的模拟,验证了新型U形管换热器设计的可行性,为新型U形管换热器的设计研发提供了可靠的数值依据.     

自紧密封U型管式换热器管板温度场的ANSYS分析

本文通过有限元分析得出了管板的温度场分布情况,验证了ASME规范中的表皮效应理论。在管板布管区域,管板大部分厚度上的温度都介于管程流体温度和壳程流体温度之间,只有在靠近管板表面处很薄的一层区域内的管板温度接近该侧流体的温度。在管板的不布管区域,管板沿厚度方向的温度由接近于管程流体的温度几乎呈线性降低至接近于壳程流体的温度。管板表层温度与流体温度的接近程度取决于对流传热系数,对流传热系数越小,管板表层温度与流体温度的差值越大。     

螺旋折流板换热器壳程传热和压降的实验研究

实验研究了螺旋折流板换热器的传热性能和壳程压力降,并与传统的弓形折流板换热器进行比较。结果发现如果螺旋折流板螺旋角过小（小于15°）,螺旋折流板换热器壳程压力降可能会超过普通弓形折流板换热器;螺旋角增大（大于15°）,螺旋折流板换热器壳程传热系数会下降。综合考虑螺旋折流板换热器的壳程压力降和壳程传热系数,螺旋折流板螺旋角不能过大,也不能过小,所以在工程设计中,螺旋角一般应取在6°~12°之间。     

异形孔隔板换热器壳侧传热与阻力性能的试验研究

对正方形孔、三角圆头孔、网状孔、六角梅花孔隔板换热器及弓形折流板换热器的传热性能和压降性能进行了测试试验.试验件采用公用管壳可拆卸芯体管束结构,针对其特点将壳侧轴向雷诺数作为自变量,利用单位壳侧轴向欧拉数的壳侧努谢尔特数指标来反映换热器的综合性能.试验结果表明,网状孔隔板换热器的壳侧换热系数与弓形折流板换热器相当,但该换热器的压降较低,在试验范围内综合性能指标的相对值为1.274;六角梅花孔、三角圆头孔和正方形孔隔板换热器的壳侧换热系数和综合性能均不及弓形折流板换热器.此外,不同的异形孔隔板换热器的传热性能与异形孔的形状或通流孔数目有关,流动阻力与通流孔的总面积和水力周长有关.     

地源热泵U型管地下换热器的CFD数值模拟

为了给地源热泵U型管地下换热器的优化设计提供理论依据,通过CFD数值软件对地源热泵U型管地下换热器系统中的流动和传热过程进行数值模拟.结果表明,地源热泵U型管地下换热器的换热效率随支管间距的增大而增加,随回填土材料热导率的增加而增大,而且支管间距和回填土材料热导率对换热器效率的影响是很复杂的非线性关系.当钻孔深度超过80m时,两支管的温升比急剧增加,支管间的热损失加剧,建议在实际操作中钻孔深度不要太深.     

来流不均匀分布对换热器传热的影响

建立了换热器壳程流速分布不均匀对传热性能影响的数学模型,并从管内轴向流传热与管外横向流传热两个方面,研究了换热器因流道来流流速分布不均匀而造成的传热负荷偏移．研究结果表明,流速不均匀分布对换热器传热性能影响不大;在恒壁温、各流道间无热交换的条件下,当各流道流速不均达到100％时,换热器的传热负荷偏移在1％以内．     

紧凑管束蒸发换热器内水的沸腾强化换热特性

设计了一种新式满液型蒸发换热器,利用水平传热管管束间狭窄受限空间内早期沸腾强化换热机理和同一管束中两管缝隙强化沸腾换热机理,将中小热负荷条件下的自然对流换热转化为充分发展核态沸腾换热,其换热性能大大优于传统的满液型蒸发换热器.对水平传热管管束在受限空间内沸腾强化换热的实验研究表明,这种水平管蒸发换热器具有良好的换热性能;管束距离和传热管在管束中的位置对各个传热管换热特性都有很大影响,且存在着一个最佳管束距离;随着压力增加,受限空间内沸腾强化换热的强化效果显著增强.     

无短路区新型螺旋折流板换热器换热性能的实验研究

为了消除目前在工业过程中大量使用的螺旋折流板换热器壳程的三角区漏流,首次采用折面折流板代替平面折流板,对其进行了结构改进.通过采用折面折流板,封闭了相邻两块平面折流板在搭接处产生的三角形豁口,消除了由于豁口导致的壳程短路流道,从而改进了换热器壳侧的流场.实验结果表明,用折面折流板代替平面折流板后,换热器的总传热系数增加了7.9％～9.7％,有效地提高了换热器的换热性能.虽然换热器壳程的阻力损失有所增加,但泵耗功率的增量小于2W,相对于换热量的增加可以忽略不计.此项研究对于换热器的节能优化设计具有重要的指导意义.     

并流多通道进出口结构轴流管壳式换热器——壳程局部传热性能的实验研究

本文对一种具有并流多通道进出口结构轴流管壳式换热器壳程局部传热性能进行实验研究,分别在有分布挡板与无分布挡板的情况下,研究了进口段局部表面Nu的分布、局部平均Nu与管束位置及Re的关系,以及进口段和换热器整体的平均Nu与Re的变化关系。研究结果揭示了壳程进口段的局部表面Nu的分布规律,并给出了合理的机理分析,表明分布挡板能够有效促进壳程流场的分布和提高换热器壳程的整体传热性能。该研究成果可以为换热器的研究和工程应用提供了参考。     

基于正交试验和Fluent的管翅式换热器结构优化

通过正交试验和数值模拟相结合的方法研究平直翅片管式换热器的换热和流阻特性,以换热系数和压降作为评价指标,用逐个分析各参数对换热和流阻特性的影响以及综合换热评价指标两种评价方法实现对换热器风机风量、翅片间距、厚度和管横纵向间距的优化。结果表明：翅片间距对压降影响最大,管纵向间距对空气侧换热系数影响最大;一种优化组合为风机风量1 450 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm和纵向间距15 mm,另一种优化组合为风机风量1 700 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm、纵向间距21 mm;使用优化换热器的冰淇淋机的换热能力比原设备分别提高了5.73%和6.85%。     

Physical quantity synergy in the field of turbulent heat transfer and its analysis for heat transfer enhancement

Based on the principle of physical quantity synergy in the field of laminar heat transfer, and according to the models of zero equation and k-ε two equations for the turbulent flow, the synergy equations for both energy and momentum conservation in the turbulent heat transfer are established. The synergy regulation among heat flux, mass flow and fluid driving force, and the mechanism of heat transfer enhancement it reflects are revealed. The synergy principle of physical quantity in the thermal flow field is extended from laminar flow to turbulent flow. The principle is verified to be universal by the calculation of heat transfer enhancement in a tube with an insert of helical twisted tape. Thus, corresponding to the synergy relation among physical quantities in the turbulent flow field, the performance of convective heat transfer and flow resistance for the tubes with different heat transfer components and surface can be compared through theoretical and computational analysis, which thereby provides a guidance for designing heat transfer units and heat exchangers.