低Re数流动条件下翅片管束换热及阻力特性的研究

实验发现,与光管管束类似,随Re数增加圆翅片与椭圆翅片管束亦先后呈现3种不同的流态,即层流、混合流和紊流,相应的有3种不同的换热机制和规律。在低Re数时,换热由层流或混合流机制所控制。目前,工程中用紊流区的换热与阻力规律向下延伸,用于设计运行于低Re数工况的自然抽风空冷器将导致设计的失败。实验表明,在自然抽风空冷器操作条件下,对于同样的换热系数,椭圆翅片管的压降比国翅片管低45%左右,采用椭圆翅片管将取得较明显的经济效益。实验还发现,来流气流不均匀性对自然抽风空冷器的平均换热特性几乎没有影响,因此对吸风入口型线的设计可以大大放低要求。     

板式蒸发冷却器阻力与热工特性实验研究

在改变风量和热水流量的实验条件下,对板式蒸发冷却器阻力和热工性能进行实验研究,在空气雷诺数为2 000～10 000之间,热水雷诺数为2 000～8 000之间的条件下,得到了板式蒸发冷却器的阻力与热工特性.在蒸发冷却时得到了空气侧和热水侧的阻力降关联式.实验结果表明,随着空气迎面风速增大,喷淋导致的阻力降也增大.在空冷条件下得到了空气侧和热水侧的对流换热系数关联式;在蒸发冷却的条件下,得到了空气与喷淋水之间的传质系数关联式.与现有一些光管式、翅片管式蒸发冷却器相比较,板式蒸发冷却器传质系数比光管式小,比翅片管式大.     

析湿工况下亲水层对开缝翅片管换热器空气侧换热压降特性影响分析

对附带亲水层和没有附带亲水层的开缝翅片管换热器在析湿工况下的空气侧特性进行了实验研究,分析了亲水层对空气侧换热和压降特性的影响.实验结果表明:析湿工况下亲水层使翅片管换热器空气侧的换热特性减弱,风速和翅片间距越小时,减弱程度越强;对于相同结构参数没有亲水处理过的翅片,亲水处理过翅片的空气侧换热系数降低的最大值可达到25.4%;亲水层对降低空气侧的压降则有显著作用,降低的最大值可达到51%;附带亲水层与未附带亲水层开缝翅片管换热器析湿工况下,空气侧换热系数比和压降比关联式的平均误差分别为5.6%和8.4%,在±15%误差范围内分别能涵盖93.4%和84.2%实验数据.     

开缝翅片压降和换热特性的数值模拟

利用计算流体力学软件STAR—CD研究了开缝翅片管式换热器的换热和压降特性，分析了开缝翅片厚度对换热器压降、换热特性的影响，并用场协同理论分析了计算结果．得出了翅片开缝能起到强化翅片换热的效果且开缝翅片厚度存在最佳值等结论，为优化新型管翅式换热器提供参考．同时，将模拟计算结果与实验结果加以比较．结果表明，数值模拟与实验结果基本吻合．     

基于正交试验和Fluent的管翅式换热器结构优化

通过正交试验和数值模拟相结合的方法研究平直翅片管式换热器的换热和流阻特性,以换热系数和压降作为评价指标,用逐个分析各参数对换热和流阻特性的影响以及综合换热评价指标两种评价方法实现对换热器风机风量、翅片间距、厚度和管横纵向间距的优化。结果表明：翅片间距对压降影响最大,管纵向间距对空气侧换热系数影响最大;一种优化组合为风机风量1 450 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm和纵向间距15 mm,另一种优化组合为风机风量1 700 m³/h、翅片间距2.4 mm、翅片厚度0.38 mm、管横向间距28 mm、纵向间距21 mm;使用优化换热器的冰淇淋机的换热能力比原设备分别提高了5.73%和6.85%。     

燃气水加热器用翅片管换热器传热特性的实验

研究了3种管子与4种管子（N＝1，2，3，4）及10种管排间距的平直翅片管换热器试件在燃气水加热器中的换热特性。在该类型换热器常用的雷诺数（Re=180-400)范围内，考虑了包括翅片间距，翅片高度，管排横纵向间距等因素对于平直翅片管换热器的影响。给出了平直翅片管换热器在该类水加热器中应用的可靠率在95％以上的换热关联式。得出Re，翅片间距，管排数对换热的影响规律。在Re=180-400,Nu与Re基本呈线性关系；在N＞3后，管束的换热性能差异较小，为这种换热器的设计，选型及优化提供了依据。     

齿型螺旋翅片管束传热及通风特性试验研究

对一种先进的强化换热元件──齿型螺旋翅片管束进行了传热及通风阻力特性试验研究，试验用直接法进行．得出受洁净气流冲刷时该管束传热特性关联式和通风阻力特性关联式，并将该种齿型螺旋翅片管束的性能与相同结构的整体型螺旋翅片管束进行了比较．     

开缝翅片流动和传热性能的实验研究及数值模拟

对2排X型双向开缝翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了实验研究, 在实验的 Re范围内得出了传热和阻力的性能关联式及特性曲线.比较得出,开缝翅片的传热性能远高于平直翅片,与单向开缝翅片相比,X型双向开缝翅片的性能更好.通过数值模拟得出了 X型双向开缝翅片的效率计算曲线.应用场协同原理,对数值模拟得到的气流在2片翅片之间的温度场、速度场、对流换热系数及压降在流动方向上的沿程变化进行了分析.结果表明,开缝翅片有效强化传热的根本原因是翅片开缝后改善了速度和温度梯度的协同性.     

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%.     

滑油冷却器小型化研究

通过对新型混合管束式双流程滑油冷却器的大量实验研究,发现其具有很强的换热能力．新型混合管束式双流程滑油冷却器与光管弓形折流板式滑油冷却器,在流动条件总体相似的情况下进行的试验说明,新型混合管束双流程滑油冷却器的单位体积换热量很高,而压降相对较小,综合性能优越．     

环境风影响下直接空冷单元背压预测研究

通过加载冷空气与翅片管换热器内汽轮机排汽凝结换热程序,提出了一种直接空冷单元运行背压的预测方法,并用该方法模拟了环境风影响下空冷单元的运行性能,得到了不同风速和风温下空冷单元的运行背压.计算结果表明:空冷单元风机风量随着环境风速的上升而下降,当环境风速由0m/s上升至12m/s时,风机风量由476.9m3/s下降至328.6m3/s,下降幅度达到20.5%,计算换热量由15.86MW下降至12.45MW,相应的运行背压由21.5kPa上升至62.5kPa;环境风温的变化将改变换热的冷端进口温度,当环境风温由290K上升至306K时,换热量由16.36MW下降至15.43MW,相应的空冷单元运行背压由12kPa上升至25kPa.所提方法为空冷电厂空冷凝汽器运行背压的预测提供了理论基础,对直接空冷电厂的设计具有指导意义.     

变管径空冷凝汽器空气侧换热特性研究及优化

针对四排等管径圆管直接空冷凝汽器冬季因换热不均易产生冻结的情况,提出了采用变管径翅片管束的思想。用计算流体力学(CFD)方法,对变管径翅片管束的流动换热特性进行数值模拟。研究发现,变管径翅片管束相比于等管径翅片管束,换热均匀性大幅提升,综合性能也有所提高;为提高该类换热器换热性能,将管束排布方式由近等边变化到近等速,凝汽器综合性能增大而换热均匀性变化不明显;在近等速排列变管径管束的翅片上加装涡发生器,综合性能进一步提高,换热均匀性对雷诺数的敏感性有所改变。     

低密度翅片管换热器的传热和阻力特性研究

采用局部模拟实验方法,研究了低密度翅片管束中各排管的传热和阻力特性.翅片管束采用两种顺排布置方式(s_1/d_0=1.875,s_2/d_0=3.125和s_1/d_0=1.875,s_2/d_0=1.875).实验结果表明:从第4排或第5排起,换热趋于稳定,得出了各排管换热的修正系数C_z和翅片管束的平均努谢尔特数Nu_z的计算公式.同时给出了摩擦因子f与雷诺数Re、s_1/d_0、s_2/d_0和管排数z_2之间的关联式.     

单排管空冷散热器换热及阻力特性研究

通过试验及数值模拟研究了单排管空冷散热器的翅片侧流动及换热特性,获得了相对翅片间距和相对翅片高度等参数对单排管空冷散热器的翅片侧换热和阻力特性的影响规律.随着单排管空冷散热器相对翅片间距的增大,翅片侧对流换热系数和阻力随之减小;随着相对翅片高度的增大,翅片侧对流换热系数和阻力也随之减小.     

非对称翅片管换热器最佳管中心位置的数值分析

运用Fluent软件对非对称翅片管换热器空气侧的流动与换热特性的影响进行了数值模拟分析了非对称翅片管的管中心位置对换热特性的影响,研究了7种不同比值和不同迎风面流速下的空气侧压降与换热特性,当管中心到翅片前后边缘距离的比值为1.32时,可获得最大的换热量在相同的工况下,通过与对称翅片管比较得出,非对称翅片管比对称翅片管的换热量最大增加10.01％,而压降最大增加3.38％.     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比.在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2-2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右.采用计算流体力学软件Fluent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟.结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热.对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%.     

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.     

平直-波纹翅片椭圆管外空气流动与传热特性的数值研究

利用三维稳态湍流数值模拟方法,研究了物性参数为常数的空气在波纹翅片椭圆管和4种不同结构参数的平直-波纹复合翅片椭圆管换热器翅片间的换热与流阻特性,揭示了空气进口流速(或雷诺数Re)、平直-波纹复合翅片中波纹段占有比例以及所处位置对翅片表面平均努塞尔数Nu、压差损失Δp和翅片管综合换热性能因子j/f影响的规律。结果表明,复合翅片中波纹段所处的位置对换热强度的影响显著,但对流动压降(Δp)的影响甚微;复合翅片中波纹翅片所占比例的多少是影响Δp的关键因素;翅片宽度方向平均Nu(x)的变化主要发生在翅片起始段,不同结构翅片末段的Nu(x)值相差很小,但此处的波纹翅片却会使总压降增加,即翅片末段宜采用平直翅片;几种翅片椭圆管换热器的综合性能j/f均有最佳值产生,起始段为6个波长波纹翅片与末尾段为8个波长的平直翅片形成的复合翅片椭圆管换热器的综合性能最佳。研究结果将对翅片管换热器的选型设计提供理论指导。     

纵掠管束湍流对流换热的数值实验及其关联式

对圆管内和纵掠管束的湍流对流换热分别运用k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)进行了数值模拟.数值模拟结果表明,采用现有的管内湍流换热实验关联式近似计算纵掠管束对流换热的偏差较大.通过数值模拟研究了不同节距、不同雷诺数Re时纵掠管束的对流换热规律,给出了纵掠管束流动换热的努塞尔数Nu与Re的数值实验关联式.     

翅片管束传热及阻力特性的三维数值模拟

在实验的基础上,利用计算流体力学FLUENT软件对空气外掠管束时管外流动和放热性能进行了数值模拟,得到了两种不同管束布置时的对流换热准则关联式及阻力函数关系式。并且通过与前人经过实验而得到的准则关联式相比较,发现文中通过数值模拟得到的准则关联式与其吻合性较好。还总结出了在Re较高时,管束采用叉排布置是不经济的。