板翅式换热器平直型翅片的对流传热数值模拟研究

本文通过数值模拟的方法研究了平直型翅片的板翅式换热器的对流换热性能,最后得出了三种不同翅片高度和三种不同翅片截距的翅片的平均Nu数和压降随Re数变化的曲线。     

板翅式换热器热通道结霜过程的数值模拟

为了研究板翅式换热器热通道在不同工况下的霜层生长规律以及霜层对板翅式换热器的影响,建立了基于Lewis传热传质类比理论的结霜模型,并将该模型与板翅式换热器非稳态传热模型相结合。首先借助平板结霜可视化观测实验台验证了该模型的准确性,然后主要计算对比了湿空气进口流速分别为0.8、1.2、2 m/s,相对湿度分别为60%、70%、80%时换热器热通道结霜量的大小,以及结霜起点位置的变化。结果表明:空气流速越大,霜层增长的速率越大,结霜区域越小;空气相对湿度越大,霜层增长的速率越大,结霜区域越大。并且,随着霜层厚度增长通道压降持续增大,板翅式换热效率持续下降,当热通道内霜层平均厚度累积到1.5 mm时换热器效率下降约10%。     

板翅式换热器封头内部流场的测量与改进研究

利用粒子图像测速仪（PIV），对板翅式换热器封头结构改进前、后的流场进行了可视化研究分析．实验结果表明，原始封头内部的物流分配存在严重的不均匀性，采用添加打孔挡板之后的改进型封头，流场的不均匀性有了很大的改善．从实验对比分析中得出，当挡板小孔呈错排分布、开孔率沿挡板的中轴线向两侧逐渐增加、且总开孔率达到509／6左右的时候，在相同的入口条件下，不均匀系数由原始封头的1．210降至0．209，最大流速与最小流速之比由23．163降至1．756．此研究结果对于板翅式换热器的优化设计具有重要意义．     

轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响

为了降低轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响,利用计算流体力学软件Fluent,分别计算了考虑轴向导热模型和不考虑轴向导热模型的换热因子,引入无量纲参数传热恶化率(η)来评价轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响程度,讨论了流体工况下翅片类型(平直翅片和锯齿翅片)、翅片结构、流体种类、翅片材料等因素对η的影响。计算结果表明,轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响程度较大,流体工况下翅片类型、流体种类、翅片结构、翅片材料等因素对η均有所影响。其中,对于不同流体工况,当Re小于等于600时,η较大,此时在翅片的设计和选型时需要考虑轴向导热对其传热性能的影响;对于不同的翅片类型,在Re小于等于600时,锯齿型翅片的η低于平直翅片;对于不同翅片结构,无量纲参数β为70、翅片密度为4.1的此类平直翅片的η最大,在翅片选型时应尽量少选此类平直翅片;对于低温流体,Pr越大,其η越大;对于不同翅片材料,在综合考虑强化换热和减小轴向导热影响两方面因素下,并非高导热系数材料的传热性能最佳,而是在不同Re下,最大换热因子均对应一个最佳的导热系数。     

板翅式换热器导流片空气流场分布数值计算及实验验证

建立了板翅式换热器内导流片空气流场分布的非线性方程组模型．壁面摩擦和从小孔溢流导致压力在导流片内非恒定，流量沿流动方向变化．采用最速下降法解上述非线性方程组．数值计算表明，出口截面流量分布与实验结果基本相符，为导流片分配特性计算提供了可靠的理论依据和手段，可用于工业设计     

场协同下板翅式换热器效率的研究

在对板翅式换热器的传热与流动进行分析的基础上,对Prasad的模型进行了改进,通过数值计算得到了温度场分布.在错流情况下与试验结果进行了比较,二者比较相符.利用场协同原理,研究了不同的流道布置下板翅式换热器的温差均匀性因子,结果表明:不同的流体组织结构的变化,使得换热器的速度场和温差场的协同性不同,直接带来温差均匀性因子不同,从而导致换热器的换热性能的改善或恶化.     

板翅式换热器不同入口方式的气液分配抗倾斜性能对比

恶劣的海况环境引起的船体晃动倾斜会严重影响换热器内部流场的分布,降低换热器的换热效率,甚至会导致海上平台整个LNG流程停产等严重后果。通过CFD方法模拟研究板翅式换热器入口结构对单通道内的气液流场分布,研究了两种结构的("先混合、后分配"的传统封头结构,Model A;"先分配、后混合"的新型分配器结构;Model B)气液分配方式在倾斜条件下流量变化的规律。对比分析了不同倾角(3°、6°、9°和15°)作用下的两种结构的流量分配不均匀程度。研究结果发现:不同程度的倾斜,对结构内部流场的气液分配影响不同;倾角越大,气液分配均匀性所受影响越明显。在相同的倾斜条件下,Model B比Model A的流量变化率范围小,不均匀度标准方差变化范围也较小,Model B的抗倾斜性能更好,分配性能受倾斜影响小。综合结果表明,气液通过分配器"先分配、后混合"的方式(Model B)得到的流场分布能够更有效的抵抗倾斜条件带来的影响,该结构方式更适合在海上恶劣条件下工作。     

两相流板翅式换热器入口分配特性的实验研究

实验研究了板翅式换热器入口两相流分配不均匀性问题．结果表明：两相流在换热器入口截面上的分配不均匀主要体现在液相上，其中又以横向不均匀为主；气体雷诺数及干度对两相流的分配特性有很大的影响；对于整个横截面上的二维分布情况，气相与液相的分配不均匀度均随着气体雷诺数的增大而增大，液相的不均匀度随着干度的增大而增大，气相的不均匀度随着千度的增大而减小；气体雷诺数的变化主要影响液相在横向上的分配特性，干度的变化主要影响液相在纵向上的分配特性．     

板翅式换热器物流分配特性的实验研究

实验研究了板翅式换热器封头结构对物流分配特性的影响，研究结果表明，不合理的封头结构造成板翅式换热器内部物流分配极不均匀，封头结构和雷诺数是影响板翅式换热器物流分配的主要因素。首次提出了二次封头结构，定义了当量截面积和当量截面直径来描述封头结构特征。实验结果表明，通过改变封头的结构，可以有效地改善换热器内部的物流分配；封头结构对物流分配不均匀性的影响主要表现在出口截面的横向方向上，而对纵向方向上的物流分配不均匀性的影响较小。得到了不同封头结构的物流分配不均匀特性与雷诺数之间的关系式。     

四股流板翅式换热器的一种控制方案

通过对以往人工控制的四股流板翅式换热器的研究分析,在已经建立的四股流板翅式换热器传递函数的基础上,提出了一套满足特定要求的控制方案。     

四股流板翅式换热器的模型算法和串级控制

提出了一种对四股流板翅式换热器的出口温度进行控制的方案,即模型算法和串级控制,并进行了计算机仿真,获得了较为满意的仿真结果。     

折流板结构对管壳式换热器壳程流动与传热的影响

利用F luent软件,对弓形折流板换热器和连续螺旋折流板换热器壳程的流场、流动阻力和换热进行了数值模拟分析,并对计算结果进行了实验验证.结果表明,弓形折流板换热器壳程存在明显的流动滞流区,螺旋折流板换热器中的流场分布则比较均匀.在相同的流量条件下,螺旋折流板换热器壳程的流动压降大约只有弓形折流板换热器的32%,换热能力则略低于弓形折流板换热器,但单位压降下的换热系数有很大的提高,大约是弓形折流板换热器的1.3倍.数值计算结果与实验值符合良好,说明采用的数学模型是合理的,较真实地反映了换热器的实际情况.     

板翅式换热器不同气液入口分配方式的分配性能对比分析

采用计算流体动力学方法对换热器单层通道处的气液相"先混合、后分配"的传统入口分配方式(方式A)和气液相"先分配、后混合"的新型入口分配方式(方式B)分别进行数值模拟。通过分析气液总流量在0.078~0.291 kg/s和液相质量分数在7.8%~91.4%内的换热器入口气液流量分布的不均匀度和流量标准方差等评价指标,对两种入口分配方式的分配性能进行评估。结果表明:相同流量条件下,方式B比方式A的气液分配不均匀度更小。流量的增大会导致两种方式的气液分配不均匀度升高,其中方式A的气液分配不均匀度增幅更大。随着液相质量分数增加,方式A的气液不均匀度降低,方式B的气液分配不均匀度小幅升高,但方式B的气液分配不均匀度一直比方式A小,且保持较低值。方式B比方式A更能有效地提高板翅式换热器的流体流动分配均匀性。     

换热器螺旋管冷凝换热的数值模拟与实验研究

为了研究换热器螺旋管的冷凝传热性能,对R22制冷剂使用VOF模型在螺旋直径为300mm、螺距为19.52mm、管道直径为9.52mm的换热器螺旋管进行了数值模拟,分析了换热器螺旋管的流场分布特性,研究了流体流速和饱和温度对螺旋管内换热性能的影响。通过实验研究了不同参数对螺旋管内换热性能的影响,对数值模拟的准确性进行验证。实验结果表明,在不同流体流速时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%-11%,在不同饱和温度时冷凝换热系数的模拟数据与实验数据之间的相对误差为3%-8%,说明数值模拟方法和结果是合理的。该研究为螺旋管换热器的设计优化以及空调热水器一体机的节能损耗给予了一些参考。     

径向热管换热器壳程数值模拟及结构参数优化

利用FLUENT软件,对同轴径向热管换热器壳程进行模拟计算,分析烟气速度、温度及局部对流换热系数沿壳程的变化规律,并寻求换热器结构参数优化值。研究结果显示:换热器壳程,离热管管壁越近,温度梯度越大;烟气流经管束时,在管束尾部形成一个楔形的涡流区,速度在流体出现脱体的地方达到最大;湍流强度在涡流中心区域也达到最大值,中心区域的换热强度明显高于热管两侧边缘处,管束尾部的烟气温度低于管边缘处的烟气温度。将模拟结果与测试结果进行比较,误差在10%以内。通过改变换热器结构参数,对换热器壳程烟气对流换热进行分析研究,得到径向热管换热器结构优化参数:横向管距为114~120 mm;纵向管距为120~125 mm;翅片高度不应高于26.5 mm;翅片间距为6 mm。     

板翅式回热器试验与数值模拟研究

选取圆弧截面平直翅片板翅式回热器芯部中间冷热流体各两层作为控制单元体,引进对称面和内部耦合方法建立数学模型,应用Fluent软件对单元体进行三维数值模拟,得出了芯体内部的温度场、流场和压力场.对回热器芯体内部的换热和流动情况进行分析,得出了换热性能准则关系式和阻力性能准则关系式.通过对回热器运用稳态等流量进行传热性能和阻力性能试验,得出了相应的换热和阻力准则关系式,并将数值模拟结果与试验所得结果进行了对比分析.     

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

以钻孔壁为界将U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解,两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,以构成完整的埋管传热模型.对于钻孔以外部分,采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,在考虑埋管流体温度的沿程变化及U型管2支间热干扰的基础上,基于能量平衡建立了钻孔内U型埋管的稳态传热模型.用所建U型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟,得出了埋管出口流体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵COP随运行时间的变化规律.所建埋管模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.     

管翅式换热器流动和换热的低阶模型模拟

采用最佳正交分解技术(POD)建立管翅式换热器的低阶模型,通过数值模拟的方法得到管翅式换热器在雷诺数为100~2 000时的流场和温度场。通过对系统样本实施最佳正交分解得到该物理问题的POD基函数和谱系数。POD基函数具有能量最优的特性,即在重构公式中使用较小的截断自由度可将原物理问题的解准确地表示出来,重构公式在非设计参数时的谱系数由线性插值的方法得到。研究结果表明,基于POD的低阶模型可以快速、准确地预测出管翅式换热器内的温度场和速度场,计算时间仅为SIMPLE算法的1/1 200。     

换热管流固耦合传热的分区求解数值算法

考虑换热管与流体换热的相互影响,以换热管固体域与管内流体域为研究对象,根据耦合界面温度和热流密度的连续性边界条件,推导了界面温度和热流密度的迭代格式和收敛判别方法.以整场离散整场求解为基准,研究耦合界面处的温度和热流密度分布以及出口平均温度,探讨了分区求解边界耦合算法的计算精度和求解效率.计算结果表明,建议松弛因子取0.75、收敛容差取0.1为宜.流固耦合传热的分区求解数值算法,为高效换热管的研发提供可靠的数值模拟方法.