宽度交替变化扭旋元件对管内传热特性的影响

在雷诺数Re=200~1 800范围内,利用数值模拟方法对内置宽度交替变化扭旋元件的管内传热性能进行研究,研究结果表明：宽度交替变化扭旋元件能够显著提升努赛尔数Nu和传热性能评价因子η,与光管相比分别提高2.2~5.2倍和1.4~2.2倍;换热管局部努赛尔数沿流向呈速降—缓降—速升—缓降—恒定的变化规律,上升速率随扭旋元件径比的增大而提高,而降低速率与径比关系较小;局部努赛尔数在扭旋元件后方半个元件长度处达到最大值,该长度可作为间隔扭旋元件优选间距;流体在窄扭旋元件以及前后反向扭旋元件作用下,形成主、次螺旋流共存流动,局部流线向中心倾斜,径向流动加强,传热得到强化。     

高扭曲比螺旋扁管的管内传热及流阻性能

以水为介质，研究了不同截面短长轴比（B／A=0．27～0．47）和扭曲比（即导程与直径比，S／de=17．19—50．62）的高扭曲比螺旋扁管的管内传热和流阻性能．实验结果表明：高扭曲比螺旋扁管的管内努塞尔数和阻力系数均随B／A值和S／de值的增大而减小，但随B／A值的增加而减小得更快，B／A值对高扭曲比螺旋扁管的管内传热与流阻性能影响更大；在相同雷诺数和普朗特数下，高扭曲比螺旋扁管管内的努塞尔数为光滑管的1．3～2．5倍；阻力系数为光滑管的1．2～1．5倍．文中还通过多元线性回归法对实验数据进行了分析，提出了高扭曲比螺旋扁管管内努塞尔数和阻力系数的准数方程式，其最大误差分别是12％和6％，从而为该类型螺旋扁管换热器的工程设计提供了依据．     

矩形涡流发生器结构参数对圆形换热管传热特性的影响

为了提高圆形换热管的换热效率,采用SST k-ω湍流模型,对内置矩形涡流发生器的圆形换热管进行了数值模拟研究,分析了涡流发生器长高比L/H和攻角β对流动和传热特性的影响。结果表明:V型排布的4个矩形涡流发生器产生了两对反向旋转的纵向涡流,增强了冷热流体的混合,改善了圆管内的场协同,提高了换热性能。随着涡流发生器长高比L/H的增加,换热管努塞尔数( Nu )、摩擦因子( f )和综合性能评价指标(PEC)均增大;但是综合性能评价指标(PEC)的增加幅度逐渐减小,当L/H = 2时,换热管具有较好的综合性能。随涡流发生器攻角β的增大,综合性能PEC先增大后减小,当攻角β = 30°时,多数工况下PEC具有最大值,换热管具有最佳综合性能。     

组合转子技术综合性能评价方法的研究

在综合性能评价（PEC）因子的基础上，综合考虑了安装组合转子后换热管水力直径及流通截面积的变化，并引入柏拉修斯公式及迪特斯和贝尔特关联式，建立了适用于组合转子技术的综合性能评价因子η。分别用η和PEC因子对实验数据进行了处理，验证了新评价因子η的可行性及合理性。     

管内窄边扭旋元件诱导螺旋流的旋流强度分析

为了研究螺旋流在形成、发展及衰减过程中旋流强度的变化规律，采用数值模拟方法对管内置窄边扭旋元件诱导产生的螺旋流进行分析，得到了雷诺数和元件扭率对旋流强度的影响规律。结果表明：流体进入扭旋元件后，在元件两侧形成两个与主螺旋流旋向相反的二次涡流；流体流出扭旋元件后，旋流螺距经历一个由大变小，再由小变大的过程；在螺旋流形成发展阶段，雷诺数对旋流强度影响较小，旋流强度随着元件扭率的增大而迅速提高，由于惯性作用旋流强度在元件出口1/6元件长度处达到最大，该位置与雷诺数和元件扭率无关；整个螺旋流发展阶段旋流强度呈现一种指数变化规律；流体流过旋流强度最大截面后，由于流体粘滞力大于惯性力，旋流强度以近似线性的规律衰减，雷诺数越大衰减速度越慢，扭率对旋流衰减速度影响较小。     

平板式内构件管式换热器传热性能研究

实验研究了安装有平板及45°平板扰流内构件的管式换热器传热与压降特性,结果表明：管内插入平板和45°平板扰流内构件时,换热器传热性能和压降特性随扰流内构件组数N和Re的增加而增大;当Re ≥ 2.6×10⁴时,换热器压降增加比较显著;当N>6时,平板内构件换热器传热性能强化稍优于45°平板内构件换热器,但是压降明显较大;两种内构件组数不宜超过9组。在实验研究范围内,平板和45°平板内构件换热器传热性能分别是空管换热器的1.66~3.47倍和1.67~3.38倍,压降分别是空管换热器的6.25~29.57倍和3.61~10.77倍。Re在1.9×10⁴左右时,平板和45°平板综合性能评价因子达到最大,分别约为1.24和1.57,说明45°平板内构件换热器综合性能优于平板内构件换热器。随后进一步采用数值模拟方法对换热器的传热和流动特性进行了模拟,结果表明：有角度平板可以使流场旋转产生二次流动,强化了传热,降低了换热器压降的增幅。因此,将有角度的内构件插入管式换热器中可有效增加换热器的综合传热性能。     

内置转子圆管管内沸腾强化传热数值模拟研究

利用Fluent软件中欧拉多相流模型下的Rensselaer Polytechnic Institute （RPI）沸腾模型对内置单元组合转子换热管和光管在过冷沸腾工况下的传热过程进行数值模拟,得到换热管内汽相分布、速度场、努赛尔数以及进出口压降等参数,并通过综合评价因子（PEC）对内置转子换热管的综合传热性能进行评价。结果表明：加装了组合转子后,管内流体由单一的轴向运动变为复杂的螺旋运动;在入口流速0.1~0.5 m/s的模拟范围内,随着入口流速的减小,内置螺旋三叶片转子换热管的汽相体积分数比光管提高2.7%~25.8%,努塞尔数提高了约8.1%~10.79%;在不同入口流速下螺旋三叶片转子和低流阻转子的PEC值均大于1,内置低流阻转子换热管的汽相体积分数比光管提高1.13%~13%,努塞尔数提高约3.6%~8%。螺旋三叶片转子和低流阻转子均具有强化传热效果,且螺旋三叶片转子的强化传热效果要优于低流阻转子。     

钛合金螺旋扁管换热器流阻与传热性能实验研究

为研究钛合金螺旋扭曲扁管换热器壳侧选用高黏度导热油的传热规律,对钛合金螺旋扁管换热器的壳侧在层流(Re2 000)与过渡流(2 000Re9 000)状态的传热性能进行实验研究,与分别采用钛合金圆管与螺旋槽管作为换热元件的折流板换热器进行比较,根据实验数据并采用多元线性拟合对扁管壳侧的努塞尔数Nu与阻力系数f进行拟合,其最大拟合误差都是±10%。实验结果表明,螺旋扁管换热器的壳侧在层流与过渡流均有明显的强化传热效果,其强化传热指标h/Δp是螺旋槽管换热器的1.7~2.5倍,光管换热器的2.3~4倍。在层流与过渡流状态下,扁管尺寸、Re、Pr对传热影响较大,螺旋扁管换热器特别适合层流换热。     

循环射流混合槽内油-水两相流复杂动力学特性分析

采用流体力学计算软件ANSYS FLUENT V16.1中的Eulerian-Eulerian多相流模型和剪切应力输运（SST）k-ω湍流模型，对循环射流混合槽内油-水两相流的动力学特性进行研究，分析不同雷诺数Re和不同相含率对多孔射流中心线速度自相似性、涡量和剪切速率的影响。研究发现：在不同Re及分散相相含率条件下，射流方向上连续相水的流动状态满足自相似性；Re=6 346、9 519和12 692时无量纲高度z/H=0.9处的涡量与Re=3 173时相比分别增大118.3%、253.7%和373.4%；轴向、径向和周向位置处涡量等值线图揭示高涡量区域主要集中在射流孔附近，射流中心线两侧存在反向对涡，射流中心线附近涡的相对强度与中心主体混合区域相比高2个数量级；与涡量及Q准则相比，第三代涡判别法Liutex对流场中大尺度涡结构的识别基本相同，对主体混合区域细小涡结构的识别相对更加准确；剪切速率随周向位置的增大呈现先增后减的趋势，在θ=12°处随着Re从3 173增加到12 692，平均剪切速率增大86.2%~257.7%。     

表面增强型强化管外蒸发换热特性实验研究

介绍了表面增强型蒸发强化管,并对氟利昂制冷工质R22在该管外的沸腾换热进行了实验研究．实验通过对4根不同管型的蒸发强化管进行对比,分析了不同管型参数对管外换热系数的影响．得出结论：4根强化管的总传热系数随流速变化的趋势有所不同;1^#管和3^#管的总传热系数在实验流速范围内相差不大;4^#管的总传热系数随流速的变化曲线最为平坦;2^#管是4根管子中总传热系数随流速变化最大的一根管子．     

聚酯反应器的流动特性与传热的研究

EG/PTA酯化反应大多在带导流筒换热器的搅拌槽内进行 ,搅拌槽的传热特性是影响酯化的重要因素。本实验在直径为 0.5m带导流筒的搅拌槽内 ,使用 5叶CBY螺旋桨 ,以水为物系 ,分别测量了在常温下及沸腾前后搅拌槽的功率准数和循环流量准数 ,研究了沸腾对这两个准数的影响。测量了沸腾状态下酯化反应搅拌槽内的总传热系数并回归得到了换热器管内外传热膜系数的关联式。所得到的传热关联式可以为相似构件的搅拌反应器的设计和优化提供参考。     

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．     

波壁管式换热器内壳侧流体流动与换热特性

传统的直壁管式换热器的换热效率不高,为了增强换热器内流体的换热效率。采用数值模拟的方法对<1-2>型波壁管式换热器内流体的流动与换热特性进行了分析研究,重点探讨了雷诺数Re与波壁管半径比i对换热器内流体的流动特性、阻力特性、换热特性以及综合换热性能的影响。结果发现,与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器内流体的流动状态能够得到较大的改善。波壁管式换热器壳程流体的进出口平均压降比直壁管式换热器低,平均压降最大可降低11.01%,且发现随着Re的增加,平均压降明显增大,随着i的增加,平均压降略有增大。波壁管式换热器壳程内流体的对流换热系数hs明显大于直壁管式换热器,hs最大可增加14.17%。hs随着Re的增大逐渐增加,而i对hs的影响不明显。同时发现波壁管式换热器的综合换热性能与雷诺数Re成正相关,而与半径比i成负相关。与直壁管式换热器相比,波壁管式换热器的综合换热性能更强。     

螺旋槽管强化传热机理及性能的数值研究

基于Fluent对9根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究,得到了螺旋槽管内流体速度和温度分布,从微观上说明了螺旋槽管强化传热的机理。数值计算结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10 000~45 000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍;Nu和f随槽深e的增加而增加,随节距p的增大而减小。螺旋槽管传热的综合性能明显优于光管,在换热面积和泵功率消耗相同的情况下,综合性能最好的2#管可使换热量提高14%~19%。     

涡节型、酒窝型强化管管内沸腾传热特性实验

以微型Capstone C30燃气轮机排放的烟气余热为热源,研究涡节结构强化管、酒窝结构强化管和光管管内沸腾换热特性。实验结果表明：涡节型结构强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的1.6~2.1倍,管外对流传热系数约为光管的1.3~1.5倍,总传热系数约为光管的1.4~1.5倍;酒窝型强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的2.1~2.5倍,管外对流传热系数约为光管的1.8~2.0倍,总传热系数约为光管的1.9~2.1倍。分析了涡节型强化传热管和酒窝型强化传热管较光管传热性能好的原因。     

强化表面管束池沸腾传热的实验研究

对三种强化表面管束池沸腾换热特性进行了实验研究，并与光滑表面管束进行了比较。结果表明：各强化表面管束池沸腾相对于光滑表面管束的强化传热效果，＃２多孔表面管束（凹穴密度较大）最好，＃ｌ多孔表面管束次之，Ｔ型肋表面管束第三．     

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.     

滑油冷却器强化换热试验研究

对3个采用整体针翅管的滑油冷却器进行了传热试验,结果表明:经改进后的滑油冷却器具有良好的强化换热效果.当换热管数量减少1/2,在相同的油质量流量下,强化管冷却器的换热量是光管滑油冷却器的1.06倍,换热系数是光管滑油冷却器的2.2倍.