矩形翅片椭圆换热管束性能

采用标准k-ε模型,就管排数和翅片间距等因素对矩形翅片椭圆换热管束流动换热性能的影响进行分析.得到管束各排翅片表面平均换热系数分布规律,并给出j因子和f因子与管排数的关系.结果表明:翅片间距主要通过阻力对管束性能产生影响,当翅片间距小于2.5 mm时,管束空气侧阻力对风速的敏感性显著增加;可以通过采用高导热系数翅片材料的方法来提升管束性能.     

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.     

空气－水在壳侧垂直向上、向下横掠水平管束的两相流动特性

对空气－水混合物在壳侧垂直向上、向下横掠水平管束流动时的平均截面含气率及两相摩擦压降进行了实验研究。管束为正方形顺排，管间距离与管径之比１．２８．试验表明，质量流率对平均截面含气率及两相摩擦压降有显著的影响；截面含气率的测量值明显低于均相模型的预测值。提出了壳侧垂直向上、向下横掠水平管束时预测截面含气率及两相压降的新的关联式。     

凝汽器壳侧换热特性影响因素研究

影响电站凝汽器换热的因素有多种,研究这些影响因素有利于提高凝汽器换热性能。建立凝汽器壳侧流体流动与换热带有多孔介质概念的准三维数值模型,使用数值模型模拟实验凝汽器内部换热特性。在实验中,考虑冷却水入口质量流量、入口温度、蒸汽负荷、漏空气量对换热特性的影响;同样研究了湍流黏度、网格数对计算结果的影响。凝汽器入口参数直接影响凝汽器换热特性,漏空气量增大传热热阻,增大传热端差,降低传热系数;湍流黏度取值不同对数值结果有一定的影响;网格数对凝汽器实时仿真影响很大。     

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。     

含相变的缠绕管换热器设计及多目标优化

为实现含相变的缠绕管换热器的优化设计,提出了一整套计算模型,对传统模型中的Gilli公式进行了改进,大幅提升了该模型的计算速度。基于提出的计算模型以及非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)利用Python语言编写了缠绕管换热器的多目标优化程序,以径向间距、轴向间距以及缠绕角作为设计变量,以总换热系数、管程及壳程压降作为目标函数对缠绕管换热器的几何结构进行了优化设计。通过实例验证,改进后的模型传热误差最大不超过3.6%,压降误差最大不超过8.5%,因此改进的计算模型具有较高的可信度。程序优化结果表明：相比初始结构,优化结构一总换热系数提高了7.1%,而壳侧压降降低了21.0%,管侧压降降低了0.7%;优化结构二总换热系数基本不变,壳侧压降降低了23.0%,管侧压降降低了27.0%。因此该优化程序可以有效优化缠绕管换热器的几何结构。     

壳程多通道管壳式换热器中并列分置管束长宽比与深度换热

为研究壳程多通道管壳式换热器中并列分置管束长宽比锐减对其内部速度场及深度换热性能的影响,抽取具有代表性的单元流路区域建立并列分置管束模型.对长宽比范围在1.85～9.23、传热管数目分别为10,20,30,40和50的5个并列分置管束模型应用FLUENT软件进行了数值模拟.研究结果表明:当管程与壳程轴流段平均速度均为10 m/s时,随长宽比锐减,并列分置管束换热性能下降且壳程阻力显著增加,壳程流体速度分布越来越不均匀.在典型工况下,长宽比大于4.62的并列分置管束中冷流体出口温度高于热流体出口温度,即可以实现深度换热,在长宽比小于3.08的并列分置管束模型中不能实现深度换热.这为壳程多通道管壳式换热器的结构设计提供参考依据.     

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.     

基于多孔介质模型的电厂凝汽器汽侧流动特性

针对凝汽器管束区的分形及其分布阻力特性,建立基于凝汽器管束区乏汽流动多孔隙率的多孔介质模型,并分析管束区乏汽的速度、流量及压力的变化.研究结果表明:在均匀管内换热条件下,该结构类型的凝汽器中的凝结效果主要取决于管板外边界附近的冷却管束的换热,而且上管束区域的冷凝效果比下管束区的冷凝效果差;在空冷区中,对称分布的高动压区使得流入空冷区中的乏汽转向流入凝结管束区中,一方面避免了工质直接通过排汽口排放的损失,另一方面,该动压区所处的位置以及动压随负荷发生变化,尤其是在240 MW负荷附近的工况条件下变化显著,将导致排气口带走更多的工质.     

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。     

Analysis of condenser shell side pressure drop based on the mechanical energy loss

The condenser performance is strongly affected by the tube arrangement.The steam pressure drop in the tube bundle influences the condenser back pressure,which is an important indicator of the condenser performance used to compare different condenser tube arrangements.The condenser shell side pressure drop is studied here using the mechanical energy loss of the steam flow in the condensers.The mechanical energy loss is due to the flow resistance of the tube bundle and the steam condensation.Three typical tube arrangements are analyzed numerically.The results show that a higher condenser shell side pressure drop for different tube arrangements always corresponds to a larger mechanical energy loss.The mechanical energy loss is mainly in the periphery of the tube bundle,indicating that the flow pattern and the mechanical energy losses are markedly determined by the tube bundle profile.The condenser shell side pressure drop can be reduced by reducing the total mechanical energy loss when the steam enters the tube bundle more uniformly.Thus,a well designed tube arrangement will reduce the mechanical energy loss,and also the shell side pressure drop.     

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.     

锥纹管换热器流体流动与传热性能实验研究

波纹换热管是一种具有特殊形状的双面强化传热管,传热效率高,轴向变形补偿能力强,被广泛应用于工程实际中。锥纹管是在传统波纹管的基础上进行改进得到的新管型,具有优越的强化传热特性。针对锥纹管弓形折流板换热器的流动与传热特性进行实验研究,并将其与传统光滑管弓形折流板换热器进行对比,实验结果表明：在所测试流量范围内,当管程介质为水,壳程介质分别为水和32#液压油时,与光滑管换热器相比,锥纹管换热器的总传热系数分别提高了5%~40%和5%~20%,管程压力降升高了20%~70%,壳程压力降降低了10%。同时进行了相关数值模拟计算,并基于实验和模拟结果,对以水为介质的锥纹管换热器的管壳程传热准则关联式进行了拟合,数值验算结果表明,关联式可以满足工程设计的精度要求。     

锥纹管换热器流体流动与传热性能实验研究

波纹换热管是一种具有特殊形状的双面强化传热管,传热效率高,轴向变形补偿能力强,被广泛应用于工程实际中。锥纹管是在传统波纹管的基础上进行改进得到的新管型,具有优越的强化传热特性。针对锥纹管弓形折流板换热器的流动与传热特性进行实验研究,并将其与传统光滑管弓形折流板换热器进行对比,实验结果表明：在所测试流量范围内,当管程介质为水,壳程介质分别为水和32#液压油时,与光滑管换热器相比,锥纹管换热器的总传热系数分别提高了5%～40%和5%～20%,管程压力降升高了20%～70%,壳程压力降降低了10%。同时进行了相关数值模拟计算,并基于实验和模拟结果,对以水为介质的锥纹管换热器的管壳程传热准则关联式进行了拟合,数值验算结果表明,关联式可以满足工程设计的精度要求。     

基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT中对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到换热器壳程流体温度场、速度场和压力场;分析了折流板间距及弦高对换热效率和壳程流体压降的影响,对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

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%,并且发现随着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h_s明显大于直壁管式换热器,h_s最大可增加14.17%。h_s随着Re的增大逐渐增加,而i对h_s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。     

风冷冷凝器管外传热与流动的数值模拟

对不同夹角、不同管排的V型风冷冷凝器以及不同结构型式的冷凝器的管外三维流动与换热特性进行了数值研究,模拟采用商用软件PHOENICS3.6进行。由于风冷冷凝器的主要热阻在空气侧,空气侧的换热性能决定了整个冷凝器的性能,所以本文比较了各种夹角、各种管排、各种结构下冷凝器空气侧的迎面风速、平均换热系数、换热量和阻力特性,其结论对于目前空调使用的风冷冷凝器的优化设计具有一定的指导作用。     

轴流型换热器壳程的传热优化设计

本文分析了在空心环支承条件下光滑管管束与缩放管管束换热器的壳程流体压降与传热膜系数分布，对换热器壳程传热设计做了优化分析，认为管束的排列结构与长径比是优化壳程传热的重要因素。     

无旁路和泄漏的管壳式换热器壳侧气液两相流动特性

对常温常压下无旁路及泄漏的ＴＥＭＡ—Ｅ型管壳式换热器壳侧气水两相流动特性进行了研究。结果表明：实际换热器中的流型转变及两相摩擦压降特性与理想管束模型的试验结果并非完全一致。针对实际换热器提出了流型转变的无量纲准则方程及两相摩擦压降的预测公式。