管壳式换热器壳程特性数值模拟

通过合理简化,建立管壳式换热器的实体模型,用大型CFD(computational fluid dynamics)软件FLUENT对于管壳式换热器壳程的流体流动与传热性能进行数值模拟研究.利用判断周期性充分发展段的3个主要特征,分别从压力差、无因次温度、速度3个方面,分析具有不同流体速度、不同流体介质、不同折流板间距时几种折流板管壳式换热器模型的进出口段对于壳程流体流动与传热性能的影响.结果表明,管壳式换热器结构一定的情况下,进出口段对壳程流体流动和传热周期性充分发展段的影响长度不随壳程流体性质、流动速度的变化而变化;随着折流板间距与筒体内径的比值增大而增大.     

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。     

管壳式换热器内流体流动动态数值分析

在现代工业中换热器作为一种主要的热量交换设备具有十分广发的应用。换热器换热效果高低对企业的整个生产效益也有着十分重要的影响。目前应用最为广泛的一种换热器就是管壳式换热器。对于管壳式换热器的研究,通过实验方法具备一定的难度,因此现阶段主要还是通过计算机数值模拟的方法来完成,本文通过改变换热器的内部结构和管束的布置,实现了管壳式换热器的传热特性和流动状态。     

换热器壳程流路分析及折流与逆流的换热偏差

热流体与冷流体的出口温度比α对换热器的有效传热温差有重要影响,不同的α代表不同的换热深度.为探讨管壳式换热器换热深度与长径比的关系,文中采用流路分析法对换热器壳程折流区域的传热性能进行数学分析,并与纯逆流情况作对比.结果表明:在深度换热的临界点(α=1),折流区域的换热性能远低于逆流换热,应避免折流区域靠近临界点操作;换热器折流与逆流区域传热温差的偏离量随α变化,为避免偏移量过大,应控制折流区域面积占总传热面积的比例;α1时,为使传热温差偏移小于5%,应使折流区域面积占总传热面积的比例小于0.6/R1a,c(R1a,c为临界点逆流冷流体出口、进口温差与算术平均温差之比).文中揭示了现有换热器结构大型化之后难以实现α1的原因,并给出了一种可以增加换热深度受限的有效结构——壳程多通道结构.     

管壳式换热器热-磁-流耦合强化换热数值分析

采用Fe₃O₄/水磁性纳米流体和磁场改善管壳式换热器壳程的对流换热性能。通过三维数值模拟，分析了磁性纳米流体体积分数、流率和磁感应强度对管壳式换热器对流换热性能的影响。结果表明，换热器的传热率和强化效应会因为纳米粒子的导热系数和布朗运动而得到提高，但当体积分数大于1%时，提升幅度会逐渐减小并且效能评价系数会降低。相比其他性能强化技术，磁场对磁性纳米流体的作用可以使换热器在压降增加不大的情况下显著提高换热性能；与没有施加磁性纳米流体和磁场的情况相比，磁场下加入了Fe₃O₄/水磁性纳米流体的管壳式换热器的传热率提升最高可达68.2%，而压降只增加了13.8%，与施加了磁性纳米流体而没有施加磁场的情况相比，其传热率的提升最高可达46.7%，而压降只增加了1.96%。磁性纳米粒子本身具有的高导热性质和其布朗运动效应以及磁性纳米流体在垂直均匀磁场的作用下带动壳程流体形成的由内向外的旋流，加剧了对热边界层的扰动和冷热流体的混合，是对流换热性能增强的主要原因，且磁感应强度越大，流体流率越低，磁场对流体综合传热性能...     

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.     

相变换热高效管发展与应用

随着经济的飞速发展，我国国民生产面临能源瓶颈问题。解决我国能源问题的最直接、最有效的途径是节能．建立节约型社会决不是临时性措施．而是我国的长期任务。换热器是石油、化工、冶金、电力、家电等各行各业普遍应用的一种设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40％左右．占总投资的30％～45％。目前．在换热设备中使用量最大的是管壳式换热器．约占换热器数量的80％。而管壳式换热器中换热管担负着主要的任务．热量交换主要是通过换热管进行，     

螺旋纵流管壳换热器的传热机理与实现

为了节省能源,提高管壳式换热器的热交换效率,在介质入口封头加装螺旋形折流板、介质出口封头加装旋转螺旋片,形成了一种新型高效管壳式换热器.采用强化传热椭圆换热管加工成螺旋形组成管束作为主要换热元件,改变换热器的结构形式和流程,形成壳程介质螺旋形流动方式,达到壳程内介质流量和管程内介质流量的合理匹配.理论分析和热工试验测试结果表明:椭圆螺旋管束换热器总传热系数高于普通换热器的总传热系数,并且加工成本降低,换热器体积减小,达到了节省能源、降低制造成本的目的,是换热器发展的一个新方向.     

SO_2气体换热器的强化传热及优化设计研究

本文以二氧化硫气体换热器为例,分析研究了弓形隔板管壳式气体换热器在管内与管隙间由于流体能量损耗分配的不合理性而对换热器传热性能所造成的不利影响,并提出了以换热器壳程气体纵向冲刷为结构特征的双面整体形低翅片管换热器的传热优化设计方法,使得换热器的总传热系数在管内与管隙间气体总压降不变,气体流量不变以及传热温差不变的条件下,比原弓形隔板管壳式气体换热器的总传热系数提高80%。总传热面积减少42%。     

金属丝网波纹填料强化换热器壳侧传热研究

对一种利用金属丝网波纹填料强化管壳式换热器壳侧传热的方案进行了仿真研究。利用FLUENT软件通过求解多孔介质能量方程研究了金属丝网波纹填料对壳侧传热的强化效果,分析了不同空隙率的波纹填料以及不同入口速度对换热器壳侧传热性能的影响。结果表明：利用金属丝网波纹填料能够明显强化换热器壳侧传热,填料的空隙率越小、流体进入换热器壳侧的速度越小,传热效果越好。由于金属丝网波纹填料具有阻力小、压降低的优点,该强化换热器壳侧传热方案对于低入口速度工况下的换热具有独特优势。     

液化天然气浸没燃烧式气化器数值模拟方法研究

为了考察在一定设计尺寸下液化天然气(LNG)浸没燃烧式气化系统的天然气出口温度能否达到生产要求,建立了对整个浸没燃烧式气化器(包含燃烧室、下气管和LNG换热器3部分)中一系列流动和传热的数值计算模型。在燃烧室中,采用灰气体加权和模型(WSGGM)计算烟气的吸收系数,利用DO模型求解辐射传递方程,并在考虑对流和辐射的混合传热作用下计算出火焰罩的壁面温度以及烟气、二次空气出口的平均温度;在LNG换热器中,对流体物性剧烈变化的管程进行分段处理并采用两相流体模型来模拟壳程中气液两相的流动和传热过程,在分别获得管壳两侧的平均传热系数后用以计算总的换热系数。所获得的管程和壳程对流换热系数和关联式与已有的文献值符合良好。壳程入口气体温度在500~700℃的范围内变动时,壳程出口气体温度与壳程水浴平均温度略微升高,同时壳程水浴湍动能降低,换热系数稍有减小。模拟获得的天然气出口温度可维持在15℃左右,能满足生产需要。     

流路理论在管壳式换热器中的应用

为了节省能源,提高管壳式换热器的热交换效率,采用流路理论分析了强化传热管壳式换热器管程的流量和流速规律,壳程的实际换热面积．分析结果显示均匀分配介质在管程和壳程内流量能有效同时提高管程和壳程的换热面积,达到换热面积的合理匹配,提高总传热系数．通过试验测试表明总传热系数均高于普通换热器的总传热系数,达到了节省能源的目的．     

串级换热系统最优传热面积的分配

在石油、化工、轻工、冶金等工业中,充分利用和回收系统的热量,不仅可减少能量的消耗,而且可降低冷却系统的负荷,减轻水和空气的污染。本文针对已知的串级换热系统,研究一般情况下,如何分配各级换热器的传热面积,从而使待加热或冷却的流体依次通过各换热器后其出口温度达到最优。以下用流体的加热为例进行分析。一、系统流程给定、各级热流体入口温度已知情况下最优传热面积的分配 前人曾利用平均传热温差方法,对换热器中两流体逆流换热、各级热流体的热容量流率均相同,且等于冷流体的热容量流率,以及各换热器的传热系数均相同这些条件下的…     

管壳式换热器传热强化及技术进展

从传热过程出发，分析了传热强化的主要途径，从传热强化的机理出发，介绍了近年来强化管壳式换热器换热技术的进展及相关实用情况。     

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.     

绕花丝内插物强化凝结换热实验研究

为了提高管壳式换热器的性能，提出了一种新型管内强化传热技术——绕花丝内插物．对绕花丝内插物的强化换热机理进行了理论分析，建立了绕花丝强化管内凝结换热理论模型，并进行了实验研究．绕花丝内插物可使流体在流动方向上做复杂的三维混合流动，提前诱发湍流发生．研究结果表明，管内插入绕花丝后可使换热量在低温差下出现“陡然”上升现象，提前进入湍流状态，换热量强化比高达3-4倍，而压降相对较低，是光管的2倍左右，此外，将理论计算值与实验数据进行了比较，两者符合得很好，验证了理论模型的正确性和实用性．与其它内插物进行比较，绕花丝内插物不仅强化换热效果好，而且产生压降小。     

换热器折流区域流路的传热分析及与逆流换热偏差的研究

本文采用换热器壳程流路传热分析的方法,对换热器折流区域流路的传热进行了数学分析,并与纯逆流的换热过程作了对比。通过数学分析,对换热器折流区域的传热性能在不同的冷热流出口温度比例条件下较逆流换热过程性能偏离的程度得到了定量的结果,给出了在换热器中冷热流体在不同的换热任务时应该选择的折流区域与逆流区域的面积比例关系。揭示了现有换热器技术在结构大型化之后难以在单个换热器中完成冷热流体出口温度比例小于1换热的原因,并给出了大型换热器结构改进的有效途径。     

断续螺旋折流板在管壳式换热器中的应用

对断续螺旋折流板与普通弓形折流板管壳式换热器的传热与流阻特性进行了实验对比研究.研究结果表明:将断续螺旋折流板应用于管壳式换热器能明显增强换热效果,在相同流速下壳侧换热系数是弓形折流板换热器的1.39～1.67倍,断续螺旋折流板换热器的总传热系数是弓形折流板换热器的1.15～1.37倍;但阻力有所增加,壳侧阻力是单弓形折流板换热器的3.25～3.67倍.     

螺旋折流板换热器壳程流体流动的数值模拟

在对螺旋折流板管壳式换热器结构和操作条件进行简化的基础上，采用计算流体动力学分析方法建立数学模型，并利用CFD分析软件FLUENT模拟换热器壳程流动特性，得到了换热器壳程流场分布的直观信息。对流体传热特性做了初步探讨，并比较了弓形折流板换热器和螺旋折流板换热器的流动特性，为这种换热器结构的优化和产品的研究开发提供一定的依据。     

无管板列管式换热器的结构及传热研究

针对列管式换热器壳程传热膜系数较低、高流速时易产生流体诱发振动、管板与换热管之间存在间隙腐蚀的实际情况,提出了一种无管板列管式换热器结构.该结构提高了壳程的传热膜系数,解决了间隙腐蚀的问题,减小了壳程流体的流动阻力和流体诱发振动,为列管式换热器的结构改造提供了好的形式.