螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比.在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2-2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右.采用计算流体力学软件Fluent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟.结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热.对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%.     

梯形迷宫螺旋泵内部流动数值计算及性能预测

在梯形迷宫螺旋泵理论分析基础上,运用流场计算商用软件FLUENT,首次模拟了清水状态下梯形迷宫螺旋泵内部的三维湍流场,对给定基本参数的梯形迷宫螺旋泵内部流动进行数值计算和分析,从而得到了其内部流动的主要特征和外特性变化,结合数值计算与试验结果,提出了采用计算流体力学(computational fluid dynam ics,CFD)计算方法对泵的性能进行预测,为梯形迷宫螺旋泵的设计、改进和优化提供有益的参考.     

低沸点工质在水平蒸发换热强化管内换热特性研究

本文通过分析作者和国内外文献有关低沸点工质在水平螺旋翅片管内蒸发换热特性实验数据，讨论了热流密度、质量干度和质量流速对局部换热系数的影响，并将实验数据与现有的螺旋翅片管换热关系式的计算值进行比较，结果表明，Ｋａｎｄｌｉｋａｒ的关系式具有明确的流动沸腾换热机制及一定的计算精度．为提高其通用性和计算精度，本文提出了进一步改进Ｋａｎｄｌｉｂａｒ关系式的具体设想．从而为优化设计螺旋翅片管、研制高效蒸发强化管提供了理论计算依据．     

空冷单排翅片管换热器流动特性数值研究

翅片管换热器作为空冷凝汽器的核心部件,其流动特性对空冷电厂的运行特性具有重要影响。本文建立了单排翅片管换热器的数值计算模型,采用计算流体动力学方法对典型工况下单排翅片管换热器的内部流场进行了数值模拟,得到了不同迎面风速下翅片管换热器的流动特性。计算结果表明:随着迎面风速的不断增大,翅片管换热器内的流动损失不断增大,且5种典型工况下的翅片管换热器流动特性偏差较小,数值模拟结果与实验数据的一致性表明了所建模型的准确性。研究结果对提高空冷凝汽器乃至空冷电站的运行经济性具有重要的参考价值。     

低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究

用三维适体坐标的网格生成技术对翅片管散热器进行了低速下流动和换热的数值模拟，得到了流速与换热系数的关系，以及不同流速下翅片管流动与换热的温度场、速度场和速度与温度梯度的夹角场，并首次利用场协同原理进行了分析。结果表明：当流速很低时，速度与换热系数几乎成线性变化，场的协同性很好；随着速度的增加，场的协同性变差，换热系数随速度增加的程度减弱。     

内螺旋翅片管应用于电喷射加热器的研究

根据理论分析及实验观察，提出了电喷射加热器管内水被加热过程的模型，观察了冰同喷射加热管出口处水流态，其中内螺旋翅片管内水流态呈螺旋状，而光壁管，直翅片管均沿轴线平行，试验结果表明：内螺旋翅片管制成的电喷射加热器出开水时间最快和出开水量最大，其次分别是直翅片管和光壁管，另外采用内螺旋翅片管制成电喷射加热器金属块温度最低，其次分别是直翅片管和光壁管。     

翅片管换热器结霜工况的三维数值模拟与分析

为解决翅片管蒸发器结霜过程不易进行数值模拟的难题,利用组分传输与动态网格模型模拟蒸发器表面霜层生长的相变传热、传质过程,建立了结霜工况下翅片管蒸发器三维动态传热、传质的简化模型.计算得到了蒸发器表面霜层温度、空气压降及出口处含湿量.数值计算结果与实验结果趋势吻合较好.     

高层建筑物风场和风压力的数值计算

针对高层建筑风场和风压力问题，选用了标准Ｋ－ε紊流模型和交错网格的有限体积法，对两项高层建筑物风场和压力场进行了数值模拟，其结果与经验计算结果进行比较，数模结果比较满意。     

双层同轴圆柱形磁性体电磁场的数值计算

以改善法向模螺旋天线的特性为目的，对平面波入射时任意媒质常数为参量的多层圆柱形磁性体的散射、反射电磁场特性及内部磁通进行了研究和数值计算，其结果可作为改善法向模螺旋天线性能抑制反射、散射现象的指导性设计资料。     

换流变压器端部极性反转民转电场的数值算法及其绝缘设计

极性反转是换流变压器运行中一种特殊的工作状态，此时绕组承受交、直流耦合电场的作用，其中直流电场为非线性、各向异性场。首先分析了极性反转的物理过程及该电场的数值算法；然后针对直流电场的各向异性，应用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法建立了该电场的有限元模型，并应用以上工作计算了４种典型的换流变压器绕组端部绝缘中极性反转电场的分布。通过对计算结果的分析，得出了一些具有实用意义的结论。     

蒸汽压力对IOSF管强化传热特性的影响

根据笔者此前所建立的数学物理模型,在不同的冷凝换热温差下,进行了蒸汽]压力对小螺旋角内外螺旋翅片管强化传热特性影响的模拟研究。结果表明,小螺旋角内外螺旋翅片管的冷凝换热系数在蒸汽压力为0．65MPa时有最大值,且其强化传热效果主要取决于冷凝换热强度,而受蒸汽压力的影响较小。因此,对于蒸汽压力变化范围较大的电站回热加热器的强化传热,小螺旋角内螺旋翅片管有明显的优点。     

电站立式给水加热器传热强化及无铜化运行研究

针对电站立式给水加热器的传热特性和强度要求,研制并加工出小螺旋角内外螺旋翅片管（IOSF管）来强化其传热特性,基础试验表明,IOSF管的总传热系数比光滑管提高63%-95%;工业试验表明,采用IOSF管的立式高压加热器总换热系数提高43%,对钢螺旋槽管替代铜光滑管进行了实验研究,结果表明,钢质螺旋槽管给水加热器不仅能保证原有热负荷,还能提高其换热强度,实现了锅炉给水无钢化运行的要求。     

低助管几何参数对沸腾传热的影响及其优化

本文从低肋管沸腾传势机理着手，综合分析了低肋管几何参数对沸腾传热的影响，导出了影响低肋管最优结构的有着准则；进行了低肋管沸腾传热试验，试验工质为蒸馏水和R－113；试验在当地大气压下进行。综合试验数据，建立了低肋管几何参数优化设计准则式。     

气固两相流绕流螺旋翅片管的实验研究

应用三维颗粒动态分析仪(PDA)对气固两相流绕流螺旋翅片管进行了实验研究.实验采用的颗粒为玻璃飘珠,对翅片间的速度和颗粒密度分布规律进行了测量.结果表明:在翅片之间,固相颗粒密度分布呈抛物线形规律性分布,即在远离翅片的中心区域颗粒密度较大,离两侧翅片较近的区域颗粒密度逐渐减小,近翅片区域颗粒密度要比中心区域小很多;主流速度也呈现类似规律.颗粒密度和速度的这种分布规律降低了固体颗粒对翅片壁面的撞击能量,从而减轻了翅片和基管的磨损.实验数据表明,螺旋翅片的导流作用使得迎风面的滞点处产生了轴向速度,这和光管有着本质的区别.     

变管径空冷凝汽器空气侧换热特性研究及优化

针对四排等管径圆管直接空冷凝汽器冬季因换热不均易产生冻结的情况,提出了采用变管径翅片管束的思想。用计算流体力学(CFD)方法,对变管径翅片管束的流动换热特性进行数值模拟。研究发现,变管径翅片管束相比于等管径翅片管束,换热均匀性大幅提升,综合性能也有所提高;为提高该类换热器换热性能,将管束排布方式由近等边变化到近等速,凝汽器综合性能增大而换热均匀性变化不明显;在近等速排列变管径管束的翅片上加装涡发生器,综合性能进一步提高,换热均匀性对雷诺数的敏感性有所改变。     

齿型螺旋翅片管束传热及通风特性试验研究

对一种先进的强化换热元件──齿型螺旋翅片管束进行了传热及通风阻力特性试验研究，试验用直接法进行．得出受洁净气流冲刷时该管束传热特性关联式和通风阻力特性关联式，并将该种齿型螺旋翅片管束的性能与相同结构的整体型螺旋翅片管束进行了比较．     

国产MSR翅片管的试制与性能

针对汽水分离再热器（MSR）用TP439翅片管完全依赖进口的现状,利用国内厂商条件开展了国产化研制工作。目的在于,利用国产及进口原料带材分别试制出TP439翅片管,并与进口产品比较,说明国产翅片管的性能水平。采用激光焊,焊缝成型及组织都得到优化。研究了439合金带材在加工成翅片管过程中的拉伸性能变化,对比了国产及进口带材的化学成分,并比较了利用国产及进口带材试制的翅片管的力学性能。细晶强化是国产带材强度较高的主要原因,而翅片管制造过程中的热处理产生的碳化物的析出导致进口翅片管的屈服强度及抗拉强度较高。国产翅片管的翅片形状与进口产品水平基本相同,但较低的屈服强度体现出国产翅片管的抗应力腐蚀开裂能力更强。     

齿型螺旋翅片管束灰污系数试验研究

介绍了齿型螺旋翅片管束灰污系数试验研究的原理、试验系统及所采用的试验研究方法；将所得的试验结果与类似结构的整体型螺旋翅片管束及光管管束灰污系数相比较；得出了适用于工程实际的齿型螺旋翅片管束灰污系数计算公式．     

低Re数流动条件下翅片管束换热及阻力特性的研究

实验发现,与光管管束类似,随Re数增加圆翅片与椭圆翅片管束亦先后呈现3种不同的流态,即层流、混合流和紊流,相应的有3种不同的换热机制和规律。在低Re数时,换热由层流或混合流机制所控制。目前,工程中用紊流区的换热与阻力规律向下延伸,用于设计运行于低Re数工况的自然抽风空冷器将导致设计的失败。实验表明,在自然抽风空冷器操作条件下,对于同样的换热系数,椭圆翅片管的压降比国翅片管低45%左右,采用椭圆翅片管将取得较明显的经济效益。实验还发现,来流气流不均匀性对自然抽风空冷器的平均换热特性几乎没有影响,因此对吸风入口型线的设计可以大大放低要求。     

纵向涡发生器在翅片管束中的位置优化

采用经过验证的层流模型,对带纵向涡发生器的单排翅片管束的流动换热进行建模分析,就距离圆心4种距离、5种角度的纵向涡发生器对翅片管束性能的影响机理展开分析,发现涡发生器对翅片管束的作用表现在翅片上弱换热区大小的改变和沿流动方向涡量强度的改变两个方面.涡发生器能够推迟圆柱绕流的分离点进而减小管后弱换热区,同时能够利用较大涡量的主涡使局部核心区的流体混合,提高流体的温度梯度.对比结果表明,在雷诺数范围为600～2 600,对单排圆管翅片管束而言,涡发生器相对翅片管束圆管中心为130°同时离圆心相对距离为1.36时效果最好,综合性能指标提高7%～30%;对于两排翅片圆管管束,顺排和叉排都在第二排涡发生器角度为120°时效果最好,综合性能指标提高分别可达15%和28%.