有序堆积填充床传热传质与反应耦合的数值研究

采用CFD方法研究填充床反应器内CO2/CH4重整反应的热质传递与反应特性。首先考察3种不同N(N=dtube/dball)下填充床模型在无反应时的流动与传热特性,然后在耦合CO2/CH4重整反应后,比较有无耦合反应情况下的温度分布及N对反应转化率的影响。研究结果表明,本文模型与经验公式吻合较好,表明模型合理。无反应时,不同N对CO2/CH4重整反应的流动与传热特性有较大影响,管内传热速率及阻力系数随着N的增加而增加,管内阻力特性主要受填充床催化剂的形体阻力支配,当N=2时,填充床在研究的大多数雷诺数范围内具有最好的传热综合性能。耦合反应时,N对CO2/CH4重整反应的转化率也有较大影响,N=2.16时,甲烷转化率最大。N=1.67时,CO2/CH4在催化剂表面的反应转化率沿轴向随着温度的升高而增加。     

换热管传热过程的熵产分析

基于热力学第一、二定律对换热管由管内到管外的传热过程进行了熵产分析,以管内流体为基准引入了无因次熵产数并得到其计算式;讨论了管内流体雷诺数、管内外流雷诺数比值、无因次入口换热温差及无因次特征尺寸等参数对换热管传热过程不可逆性能的影响。结果表明,存在一最佳的管内流体雷诺数使无因次熵产数最小;无因次熵产数值随管外与管内流体雷诺数的比值的增大而单调递增,随无因次入口换热温差和无因次特征尺寸的增大亦近似成线性增大。结果和方法对进一步完善基本对流换热过程的热力学评价具有一定的意义,同时为换热管双侧强化传热时性能的评价提供理论基础。     

扭曲方管中二次流对传热特性的影响

本文采用数值分析方法,以空气为介质,在雷诺数Re=300～1800和扭率Tr=5～20范围内,研究了等壁温条件下扭曲方管的传热特性。计算结果表明：当Tr相同时,管内Nu随Re的增大而增加;当Re相同时,管内Nu随Tr增大而减小,Re越大,呈现明显的减小趋势。Tr不同时的扭曲方管强化传热指标Num,t/Num,s均大于1,说明了在二次流存在的情况下,扭曲方管具有强化传热的作用。     

管内纵向涡强化换热的阻力特性

为探讨管内纵向涡强化换热的阻力特性,通过理论分析和实验研究,分析了管内雷诺数以及涡发生器的安放位置、间距、高度等参数对管内阻力的影响,得到了管内阻力的拟合公式,并列出图表进行比较分析,进而得到了管内纵向涡发生器强化传热的规律和阻力特性,结果表明：在同一雷诺数下,阻力系数随间距的变化呈一次线性关系;间距相同时,较高的发生器高度对雷诺数较大时的传热有更显著的强化效果;小于纵向涡影响区域的间距设置对于强化换热是不可取的。     

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。     

内置转子换热管强化传热性能研究

概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理，实验研究了阶梯对螺旋叶片转子强化传热性能的影响。实验结果表明，在相同的雷诺数条件下，内置阶梯型螺旋叶片转子换热管的努塞尔数及阻力系数较无阶梯的螺旋叶片转子分别高出了7.8%~13.1%和24.1%~33.8%，同时性能评价因子（PEC）明显高于无阶梯的螺旋叶片转子，从而验证了阶梯可明显提高螺旋叶片转子强化传热的综合性能。     

正五边形管排方式管束传热和流动阻力特性研究

文章提出一种正五边形管排方式,对其传热和流动阻力特性进行了试验研究,并运用综合性能评价准则(performance evaluation criteria,PEC)将其与传统的正三角形管排方式进行了对比分析。结果表明:在雷诺数Re∈[9 000,22 000]范围内,正五边形管束比正三角形管束的努塞尔数Nu平均提高约9.3%,欧拉数Eu平均增加约13.4%,综合性能评价因子η在1.00~1.08之间,在高Re时正五边形管排方式更具应用价值。     

热水解污泥在扭曲管中流动换热的数值模拟

采用数值模拟方法研究了热水解污泥在扭曲换热管中的流动换热特性,分析了扭曲管的强化传热机理.获得了扭曲管不同纵横比和扭曲比条件下的温度场与速度场分布,阐述了不同雷诺数对流动传热的影响.该结果与传统光滑圆管的流动换热特性进行了比较,研究结果表明,扭曲管产生的旋流和二次流可以有效地提高换热效率,但是也增加了流动阻力.另外,综合换热因子随着扭曲比的增大而减小,随着纵横比先增大后减小,在纵横比为1.96时达到最大.与传统光滑圆管相比,发现在低雷诺数(小于5 000)情况下扭曲换热管具有更高的换热效率.     

梯度渗透率金属泡沫管内的流动与传热特性分析

针对传统采用完全填充的金属泡沫强化管容易引起系统压降大幅增加的问题,对梯度填充这一新型填充方式开展了数值模拟,所研究的换热管径向上填充有两层不同渗透率的金属泡沫。研究获得了梯度渗透率金属泡沫管内的流动与传热特性规律。研究结果显示:梯度填充管的传热和阻力性能与渗透率梯度直接相关;相比于单一渗透率填充管,当渗透率梯度大于10时,梯度填充管的综合换热性能可以提高2倍;当渗透率梯度小于0.1时,综合换热性能降低27%。为了达到更好的换热效果,管壁附近金属泡沫的渗透率至少需要是管中心区域的10倍。研究结果可为新型高效、低阻、紧凑式换热器的设计研发提供理论指导。     

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．     

缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热

提出一种复合强化传热方法,对四种不同间隔插入旋流片的缩放管进行了传热与流阻实验研究,并与普通光滑圆管、缩放管空管、内插旋流片的光滑圆管三种结构条件进行比较.通过综合评价,在实验范围内(3400相似文献   

新型内翅式氮气换热器对流换热性能研究

通过实验的方法研究了一种新型内翅式氮气换热器的对流换热和阻力特性,建立了所测Re范围内对流换热和阻力实验关联式,并且在相同质量流量、相同泵功率、相同阻力降的条件下比较了该翅片管与普通光管之间的传热效果.与类似的波纹管的换热效果进行了比较,结果表明,新型内翅式氮气换热器具有较好的换热效果,特别是在较低Re条件下,效果更加明显.     

波纹管内强制对流换热与阻力特性的实验研究

用实验方法研究了空气在具有3种不同管径19、25、32mm的波纹管内的流动与换热特性。管的外壁采用电加热，来模拟均匀热流的条件，测得了不同工况下各种管径的平均对流换热系数和阻力系数，拟合出了所测的参数范围内的阻力和换热实验关联式，并比较了相同管径的波纹管和光管的换热效果，发现无论在哪种比较条件下，波纹管均比相同管径下的光管综合换热性能强。     

微肋管单相对流强化换热数值模拟

利用计算流体力学和数值传热学的方法,采用非一致网格,应用Fluent软件对3种型号微肋管管内的单相流动与传热性能进行了三维数值模拟计算和理论分析,研究了管内流体的雷诺数及管子几何尺寸对其流动与传热性能的影响,其计算结果与实验结果基本吻合．结果表明：当10000〈Re〈120000时,与圆管相比,微肋管的努塞尔数分别达到了光滑圆管的1．88、2．08和2．48倍,而阻力系数为光滑圆管的1．60、1．68和1．72倍．     

三种大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片形式以及管排数对空气侧强化传热的影响，分别对9排和12排带平直、开缝、纵向涡3种翅片形式共6个翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究，发现开缝翅片管换热器的传热性能高于带纵向涡翅片管换热器和平直翅片管换热器，但阻力相应也增加，带纵向涡发生器的翅片传热性能略低于开缝翅片，但阻力却只比平直翅片稍大，这表明采用这种翅片形式可获得较好的综合性能．不同管排数的同一片型换热器的努塞尔数及阻力因子相差很小，可以认为与管排数无关．在试验的雷诺数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式，可为相关的理论研究和工程应用提供参考．     

高翅片管传热及阻力特性实验研究

在风洞实验台上对整体轧制的平片高翅片管和波纹高翅片管进行传热实验.在相同风速下,波纹高翅片管的换热效果是平片高翅片管的1.2倍左右.拟合出努塞尔数和雷诺数的准则关系式,波纹高翅片管实验关联式计算值与实验值的平均偏差为5.9%,平片高翅片管实验关联式计算值与实验值的平均偏差为3.8%.在相同风速下,阻力也相应增加1.1倍左右.拟合出阻力系数与雷诺数的准则关系式,波纹高翅片的实验关联式计算值与实验值的平均偏差为6.5%,平片高翅片管的实验关联式计算值与实验值的平均偏差为4.9%.     

新型开窗翅片板翅换热器热工性能试验

对9种不同结构参数的新型开窗翅片进行传热和流动阻力性能试验.在此基础上,给出传热因子和摩擦因子随雷诺数的变化曲线,并比较翅片间距和翅片长度等结构参数对其表面换热和阻力性能的影响.同时,利用单位传热面积泵功率和面积优化因子分析比较各翅片的综合强化传热效果.试验结果表明,新型开窗翅片的翅片间距对表面传热因子和阻力性能影响较为显著.     

螺纹槽管传热和流体阻力的数值模拟

对螺纹槽管在恒壁温和雷诺数(Re)5000～35000范围内空气的换热性能和压降进行了数值研究.分别对25种不同几何参数的螺纹槽换热管换热性能和压降与同参数的光滑管进行了对比分析.结果表明,螺纹槽管的换热性能显著强于光滑管,同时压降也不同程度地高于光滑管;其中螺纹槽深度对换热性能和压降的影响大于螺纹槽间距,二者存在相互影响,呈现了最优区间原则.最大平均努赛尔数出现在Re=5000,几何参数螺纹深度/内径(dl/D)=0.25,螺纹间距/内径(pl/D)=0.5时,是光滑管的3.1倍.最大综合换热性能指标(performance evaluation criteria,PEC)为1.404,出现在Re=5000,几何参数dl/D=0.15,pl/D=1时,此时螺纹槽管的换热能力是普通光滑管的1.8倍,摩擦因子是普通光滑管的2.25倍.从整体雷诺数范围考虑,最佳几何参数为dl/D为0.14～0.18,pl/D为0.8～1.2.     

场协同原理强化管外降膜吸收传热特性实验研究

对基于场协同原理设计的两种强化传热管型进行了LiBr降膜吸收水蒸气过程的传热实验研究,并与光滑铜管作比较,考查该传热管型在吸收过程中的强化作用.实验测量参数包括;溶液进出口温度、浓度,流量,冷却水进出口温度、流量等.实验结果表明,两种强化传热管型在低雷诺数时对LiBr降膜吸收传热的强化比分别为20%和50%,而且随着雷诺数的增大而增大.利用场协同理论和降液膜流动的波动特性分析了强化降膜吸收过程传热特性的物理机制,发现速度矢量与温度梯度的夹角及降液膜厚度形成的阻力对对流换热有一定影响.     

具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．