换热器内锥螺旋弹性管束振动强化传热研究

为分析换热器内锥螺旋弹性管束的流致振动强化换热情况,采用双向流固耦合的数值方法,分别研究入口流速和管排间距对其在壳程流体诱导下的振动响应及传热特性的影响。结果表明当入口流速由0.5m/s增大到0.9m/s,锥螺旋弹性管束的振动强度明显提高,管束的传热性能提高,流致振动使得管束的传热性能分别提高了5.2%、4.3%和3.5%,管束流致振动强化传热性能增强。随着管排间距从30mm增加到40mm,锥螺旋弹性管束的振动强度增大,流致振动使得管束的传热性能分别提高了2.5%、4.9%和3.1%,且管排间距为35mm时锥螺旋弹性管束的传热性能最佳,管束流致振动强化传热性能也最佳。     

换热器内弹性管束流体组合诱导振动响应的数值分析

为了探讨换热器内弹性管束在流体诱导下的振动特性,采用流固耦合的弱耦合法,研究了弹性管束在不同流速的壳程和管程两场流体组合诱导下的振动响应,并对比分析了壳程流体和管程流体对弹性管束振动响应的影响。研究表明:当壳程和管程流速一定时,弹性管束两监测点各方向的振动主频、谐频大小一致,且振动主要体现为面内振动。壳程流速较低时,监测点沿壳程流速方向的位移曲线存在明显的二倍谐频。壳程流速变化对管束振动响应的影响较大,管程流速变化对管束振动响应的影响较小,说明弹性管束的振动主要由壳程流体引起。由于流体的冲击和管束重力的影响,当壳程流速较低时,管束沿壳程流速方向的振动平衡位置较低,随着流速的增加,管束沿壳程流速方向的振动平衡位置逐渐上移。     

采用不同管排组合的换热器弹性管束壳程流体诱导振动响应

为了研究换热器内弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性,利用流固耦合的顺序求解法,对换热器内不同管排间距和不同管排数条件下多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值分析;提出了分割式网格划分策略,可大幅度提高网格划分的精度、效率和灵活性;提出了粗算加精算的分步计算策略,可大幅度减少计算时间,提高计算效率。研究表明:在壳程流体诱导下,换热器内各排弹性管束的振动主要表现为面外振动,且振动的均匀性较差;大不锈钢连接体上监测点的振幅受管排间距的影响较大,小不锈钢连接体上监测点的频率受管排间距的影响也较大;当管排间距较小时,各排弹性管束间的相互影响较强;当管排数增加时,各排管束的振动均匀性降低。     

一种基于表面涡方法的流体诱导管束振动计算模型

为了研究热交换器中管束的流体诱导振动问题,提出了一种基于表面涡方法的圆柱绕流计算模型,包括分离点计算模型和流固耦合模型.利用这一模型,分别模拟了Re为2.67×104时单个刚性圆柱和弹性圆柱的流体诱导振动问题,并计算了圆柱的振动响应、流体力、振动频率和涡云图等.计算结果反映了流体绕刚性圆柱流动的主要特征,以及弹性圆柱流体诱导振动的限幅和非线性(共振区)特性,所得到的平均阻力系数、升力系数、斯德鲁哈尔频率和最大振动幅值与相关文献中的实验结果具有很好的一致性.该模型具有简便、快捷以及能够对亚临界雷诺数下的流体诱导振动问题进行计算等优点,为多圆柱流体诱导振动问题提供了一种新的计算模型.     

换热器管束流体激振的研究现状评估及新方法

换热器管束的流体激振问题是严重影响其运行安全性的一个关键问题。该文对近年来国内外对此问题的研究进行了综述与评估。根据以往在叶轮机械流体激振研究方面开创的理论系统和研究方法,作者提出了通过应用振荡流体力学原理和参数多项式方法去求解流体基本方程,从而确定流体激振力的方法,应用全功能分析方法来准确预估流体弹性振动的稳定性边界,应用振荡压力传播理论来分析包括声共振在内的流体激振现象。这些思想为换热器管束流体激振研究指引了一条新途径。     

流体诱导振动强化传热的试验研究

通过对一种新型传热元件——弹性管束的传热试验研究发现：诱导振动加强了传热管周围的流体的扰动而达到强化传热的目的．当来流Ｒｅ＜４００时,管外对流换热系数较固定单管提高３倍以上．在换热器的不同高度上的弹性管束,换热能力随诱振方式不同而存在差异．     

螺旋管束流体弹性不稳定的解析模型

本文根据螺旋管束流动诱发振动的实验研究结果，及冲刷螺旋管阵流场的观测结果，提出了一种螺旋管束流体弹性不稳定的解析模型，获得了螺旋管束流体弹性不稳定分析所需的流体力系数，给出了螺旋管束拽力方向静力不稳定分析的解析表达式。解析模型与实验结果符合良好。     

流体诱导振动强化传热的试验研究

通过对一种新型传热元件－弹性管束的传热试验研究发现：诱导振动加强了传热管周围的流体的扰动而达到强化传热的目的,当来流Ｒｅ〈４００时,管对外流换热系数较固定单管提高３倍以上,在换热器的不同高度上的弹性管束,换热能力随诱振方式不同而存在差异。     

单列圆柱流体诱导振动数值模拟研究

基于表面涡方法和流固耦合模型,研究了雷诺数为2.67×104时的单列圆柱流体诱导振动问题,并计算了涡云图、流体力、振动响应、涡脱落频率等.计算模拟结果很好地重现了刚性单列圆柱在小间隙比(1.5)下以宽、窄尾涡交替和多频为特征的非均匀流态,以及间隙比为2.0时的涡脱落现象.此外,还研究了单列自由振动的弹性圆柱在间隙比为2.0时的流体诱导振动问题,结果表明:在大振幅条件下,流体诱导力在x方向和y方向有较强烈的耦合;随着振幅的减小,x方向振动对y方向振动的影响可以忽略,可采用单自由度的动力学模型假设进行计算.     

螺旋翅片管束灰污通风阻力试验研究

介绍了螺旋翅片管束灰污通风阻力试验研究的原理、试验系统和所采用的试验研究方法；将典型齿型和整体型螺旋翅片管束试验得出的灰阻力特性与实炉试验阻力特性以及洁净管束阻力特性相比较；得出适用于这两种灰污螺旋翅片管束通风阻力的计算方法．所得计算公式可直接应用于工程实际．     

同轴换热器内流动与换热的实验研究

采用实验的方法以水为介质研究了同轴换热器内的流动与传热,Re为3×104～10×104.对具有不同螺距两根内管管内的摩擦阻力及同轴换热器整体换热性能进行了实验研究,研究表明:管内摩擦自力系数是相同情况下圆管的3～3.5倍.采用数值计算的方法揭示了同轴换热器管内外流场特征.     

不凝气体存在时水平管束冷凝换热特性的试验研究

通过对水平管束管间冷凝换热特性的试验研究,探讨并分析了冷却水流量以及不凝气体质量分散对管束冷凝换热的影响规律和机理。试验结果表明,当有不凝气体存在时,冷凝放热系数最小值并不一定发生在最低排管上,冷凝放热系数最小值与冷却水流量和不凝气体质量分散均有关。研究结果为凝汽器的进一步传热强化研究提供了依据。     

交错百叶折流板管壳式换热器性能分析

针对传统弓形折流板换热器壳侧压降大的问题,提出交错百叶折流板管壳式换热器,通过三维数值模拟,对不同周期下的交错百叶折流板管壳式换热器性能进行研究,获得壳侧流场、温度场的换热和阻力性能.结果表明:与传统弓形折流板换热器相比,交错百叶折流板管壳式换热器壳侧形成了较好的螺旋状流动,温度场分布均匀;在相同的质量流量下,交错百叶折流板管壳式换热器壳侧压降显著降低,单位压降的传热系数最高提高110.51%,综合性能大幅提高.     

水在水平管束管外池沸腾传热的实验研究

通过对水在水平管束管外池沸腾的实验研究,探讨了沸腾换热系数随热流密度及沿管排高度变化的规律和内在机理．由实验结果发现：管束中各排测量管的沸腾换热系数明显高于单管池沸腾的情况;管束沸腾时存在管束效应,即随管排位置增高,起始沸腾点提前,沸腾曲线上移,沸腾换热系数增大;这种管束效应在部分核态沸腾时较强,而在充分发展核态沸腾时较弱;管束池沸腾的强化传热应归因于“滑移汽泡”及“诱发自然循环对流”机制．此外,还得出了管束池沸腾换热系数的经验关系式．     

管间距对矩形翅片椭圆管换热管束性能的影响

采用标准k-ε模型,就横向管间距和纵向管间距对矩形翅片椭圆管换热管束流动换热性能的影响进行分析.研究发现:横向管间距是主要影响因素,纵向管间距的影响较小;横向管间距越大,等压降约束条件下的综合性能越差;扰流孔的存在强化横向管间距和纵向管间距的作用,开设扰流孔使得管束综合性能有所下降.     

螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性

将螺旋管式相变蓄能换热器应用于太阳能-空气源复合热泵系统中,搭建了该系统的蓄冷试验台并进行蓄冷实验。通过实验测得了系统各测点的蒸发压力、冷凝压力以及所研究的相变蓄能换热器内部换热材料的温度。通过理论计算得出各环节的能量以及COP,并且绘制出了这些参数随时间变化的趋势图。最后分析了整个蓄冷实验过程中各个参数的变化规律和影响因素,总结了螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性。     

斜向冲刷圆管束的传热与流阻特性

对空气斜向冲刷圆管束时的管外传热系数与流动阻力进行了实验研究,并对实验结果作了分析,给出了实验条件下的传热与流阻关联式,为斜向冲刷圆管束设计提供了数据依据。实验结果表明,斜向冲刷圆管束比横向冲刷时具有更好的综合传热效果。     

水流诱发平板闸门垂向振动的分析与计算

本文建立了水流诱发平板闸门垂向非线性振动的数学模型,并通过模型试验确定振动方程中的参数,解决了非线性振动方程的求解问题,计算表明,计算值与实验值吻合较好,说明所建立的数学模型基本上能反映闸门垂向振动的物理机制,对实际平板闸门的振动特性预报具有实用价值。     

翅片管换热器的翅片效率与传热性能

研究了３种不同管排数的百叶窗式翅片管换热器的换热特性，由试验数锯整理出传热系数与流速的关系，以试验数据为依据对翅片表面温度场进行了数值计算，导出百叶窗式翅片的翅片效率计算式并根据估算分离法的原理整理出换热准则方程式，为设计百叶窗式翅片管换热器提供了方便．     

气流横向冲刷管束换热的场协同数值模拟验证

对气流横向冲刷管束换热这种比较复杂的流动形式,推导出了气流横向冲刷管束换热时的传热努塞尔数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对场协同原理进行了分析与验证．结果表明,场协同原理同样适用于这种形式比较复杂的流动与换热．同时用场协同原理解释了管排方式和管间距对换热的影响,发现随着速度场与热流场协同作用的不同,换热随管排方式和管间距的改变也有所不同．