板式换热器流动与传热特性的数值研究

建构了与BR0.015F型人字形波纹板式换热器实际结构、尺寸完全相同的冷热双流道物理模型,采用Fluent软件开展了数值仿真,通过改变该换热器的波纹节高比l/h、波纹倾斜角β和流道内流体流动形态,分析了其流动和传热特性,明晰了板片结构参数的变化对流动和传热特性的影响,最终获得了压降与换热最佳时的结构参数.结果表明:板式换热器的l/h越小时,其换热越好且流阻越小,l/h=2.4时的换热效果最佳且流阻最小;随着β的增大,其换热效果增强,但其流阻亦增大,β=45°时的同功耗换热效果最佳;单边流的流动与传热特性均优于对角流.     

蓄热式换热器流动传热的数值模拟

以炼铁厂的蓄热式热风炉为例,根据热风炉的实际运行状况对热风炉内的流动与换热过程进行合理简化,应用二维模型,采用有限容积法对热风炉内的流动与换热情况进行数值求解,得到了热风炉在不同工况下的气体温度与蓄热体温度的分布情况,模拟计算结果表明：在内燃式热风炉蓄热体中气体的温度分布大致为对数曲线,并且在热风炉中同一高度上气体与蓄热体温差较小,与实际情况相符,这对优化热风炉的运行与设计有参考价值。     

圆台扰流换热器的流动与传热特性研究

针对换热器在高雷诺数下的结构强度问题,本文基于低流阻、高传热的球型结构提出一种新型的圆台扰流结构,并将其应用于交叉流换热器中。采用实验和数值模拟相结合的方法对圆台扰流换热器开展了研究,分析了雷诺数(Re=4 772～38 181)、温比(T_h/T_c=4～9)和流速比(V_h/V_c=0.5～4)对该换热器的流动性能、传热性能和不可逆损失的影响规律;通过数值计算对换热器冷气侧通道的流动和传热机理进行了分析,最后基于实验结果拟合了传热关联式。研究表明:圆台凸起的迎风面受到气流的冲击作用有较高的换热系数,而圆台凹坑在尾部呈现出较好的换热效果,雷诺数的增大会增加上述高换热区域的面积。在研究参数范围内,增大雷诺数使得换热器冷气侧通道的努塞尔数和摩擦系数较光滑圆管分别提高了1.67～2.13倍和5.13～12.16倍;温比和流速比对冷气侧通道内的流动和传热影响都较小。不可逆损失随着温比的增大而增大,但当雷诺数增大时,不可逆损失会有所降低;当流速比为2时,不可逆损失达到了极小值。拟合得到的准则式与实验结果较为吻合。本文研究结果可为未来先进空气换热器的结构设计提供参考和借鉴。     

换热器壳侧紊流流动特性的数值研究

根据体积多孔度、表面渗透度的概念 ,采用分布阻力方法建立了换热器壳侧紊流流动的三维数值模型 ,用修正的 κ- ε模型考虑管束对紊流的产生和耗散的影响 ,用壁面函数法处理壳壁和折流板的壁面效应 .对一管壳式换热器模型的壳侧流动特性进行了数值模拟 ,计算的压力分布与试验值进行了对比 ,并研究了不同紊流模型对计算结果的影响 .结果表明 ,计算的压力分布和试验值吻合良好 ,该模型能有效地模拟管壳式换热器壳侧流动特性 .     

空冷单排翅片管换热器流动特性数值研究

翅片管换热器作为空冷凝汽器的核心部件,其流动特性对空冷电厂的运行特性具有重要影响。本文建立了单排翅片管换热器的数值计算模型,采用计算流体动力学方法对典型工况下单排翅片管换热器的内部流场进行了数值模拟,得到了不同迎面风速下翅片管换热器的流动特性。计算结果表明:随着迎面风速的不断增大,翅片管换热器内的流动损失不断增大,且5种典型工况下的翅片管换热器流动特性偏差较小,数值模拟结果与实验数据的一致性表明了所建模型的准确性。研究结果对提高空冷凝汽器乃至空冷电站的运行经济性具有重要的参考价值。     

基于开源求解工具的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器流动传热特性数值研究

超临界二氧化碳作为工质的布雷顿循环中印刷电路板式微通道换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)作为连接主压缩机、透平等涡轮机械的关键设备之一,其换热能力是否满足系统设计的工况要求,以及其运行的稳定性,对于整个发电循环的效率和安全性都有着重要的影响.采用流体-固体强耦合传热模型,对...     

新型重力热管换热器传热特性的数值模拟

提出新型结构形式的重力热管换热器,通过合理简化,建立单根竖直管道的稳态传热物理模型,分别对冷凝段、绝热段和蒸发段建立相应的稳态传热数学模型,应用等热流密度边界条件并通过工程方程求解器(EES)进行了数值计算.计算结果表明:运行热阻计算值总体波动不大,计算结果不能很好地反应充液率对运行热阻的影响;液膜厚度随加热功率增大而增加;液池高度随充液率的增加而增加;充液率较小时,较低加热功率对应的液池高度大于较高加热功率对应的液池高度,充液率较大时,小加热功率对应的液池高度反而低于大加热功率对应的液池高度.     

叶片泵内气液两相流的三维流动数值模型

基于双流体模型建立针对叶片泵内气液两相三维湍流流动的数学模型和数值计算方法.相间作用力考虑了阻力和附加质量力,湍流模型考虑了因相含量脉动引起的附加源项,在SIMPLEC算法基础上提出了一种气液两相流的压力修正算法.运用所建模型计算了叶片式气液混输泵在进口含气率分别为5%,15%,25%的系列工况下叶轮的内部两相流场,并作了扬程特性预测.与实验结果的对比表明,所提出的流动模型是可靠的,并具有较宽的进口含气率适用范围.     

铁镍泡沫填充板式换热器传热特性数值模拟

利用开孔泡沫金属比表面积大、基体金属材料导热系数大和其复杂的三维立体网状结构能提高流体非线性效果的特点,研制了一种新型紧凑式镍铁泡沫填充板式换热器。并用CFD商用有限元软件FLUENT对空气-空气在该换热器中的传热特性进行数值模拟。在相同的操作条件下,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明:在板式换热器中填充开孔铁镍泡沫材料,冷热空气在换热器中的湍流程度有所增强,板式换热器的传热效率明显提高。铁镍泡沫填充物会使冷热空气流经换热器时的阻力增加,但由此所产生的压力损失对换热器综合性能影响不大。填充相同孔隙率的泡沫材料,孔密度的改变对传热效率影响较小。研究结果可为换热设备结构优化和设计制造轻型紧凑的高效换热设备提供参考。     

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。     

变工况下管内两相流与传热特性研究(Ⅰ)

作为变工况下管内两相流与传热特性研究的实例,本文研究了热力发电厂除氧器滑压运行过程中的动态特性,分析了滑压运行时除氧器需要的安全余量达到最大值所需的时间,推导出最大安全余量的计算公式,计算过程中考虑了下降管中汽液两相流的存在,并以均相流模型计算了下降管中的压降,所得结果不但具有理论意义,而且可供热力工作者在设计和运行时参考。     

换热器烟气侧传热特性的研究

通过计算和实验,对高温换热器的烟气侧传热特性进行了分析,得出换热器中换热管合理的纵横向间距,证明了用金属辐射网是强化高温烟气传热的有效方法,并用实验数据讨论了烟气流速及温度等对换热器综合传热系数的影响。     

梯型流道传热面流动及传热特性研究

提出了一种新型的梯型流道传热面,它能克服等截面流道传热面的缺陷,在空气流动方向上具有较均匀的温度分布.搭建了标准的风洞试验台,对相同的总传热面积和流动条件的梯型和等截面传热面热交换器的传热系数进行了对比试验,并验证了数值仿真方法的可行性.试验和仿真结果表明:当1 300≤Re≤4 000时,梯型流道比等截面流道热交换器的传热系数有所提高;倾角β一定时,随着空气流量的增加,温度场分布越来越均匀,且流场尾部的湍流强度也越强;当0≤β≤arctan(1/12)时,随着β的增加,空气侧对流换热强度和压降随之增加,同时温度场的分布越来越趋于均匀.引入评价指标DEC,可以得出梯型流道比等截面流道传热面具有更好的综合传热性能.     

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。     

内嵌百叶板换热器的壳程流动与传热特性

针对普通弓形板换热器折流板后易出现流动死区的现象,对折流板进行优化设计,并提出一种内嵌百叶板换热器.应用计算流体力学软件Fluent得到内嵌百叶板换热器壳程流场分布,并与普通弓形板换热器进行对比,分析百叶角度与百叶数量对换热器性能的影响.结果表明:与普通弓形板换热器相比,百叶可引流部分流体通过折流板,使内嵌百叶板换热器内流动死区面积明显减小,流场分布更加均匀,具有明显的减小壳程流体压降及提高壳程传热系数的作用;在研究范围内,当百叶角度为60°,百叶数量为每组4片时,换热器的综合性能最佳,综合评价因子可达1.76～2.05.     

石蜡微乳液在板式换热器内的流动和传热特性研究

利用实验的方法研究了不同质量分数的石蜡微乳液在板式换热器中的压力损失和传热性能.结果显示,质量分数接近50%的石蜡微乳液的储能能力强,具有流动换热性能,可以用于储能.含少量石蜡的微乳液的流动性好,其换热能力在相变温度区间内显示出略好于水的传热特性.     

采暖炉水套内部流动和传热的数值模拟

采暖炉是广泛使用的一种民用取暖兼炊事设备。研究采暖炉中的流动及传热规律 ,从而设计出高性能、安全的采暖炉有着重要的实用价值。该文对双孔采暖炉水套内的流动换热进行了数值模拟。采用三维变密度雷诺平均 Navier-Stokes方程和 SIMPL E算法 ,湍流模式为修正的 Spalart-Allmaras模式 ;通过修正水的热传导系数考虑沸腾汽化的影响 ;根据工程实际问题的特点 ,通过计算边界条件考虑与计算域边界耦合的热传导、对流换热及辐射传热过程。所得数值结果与实验符合很好     

水泥回转窑物料流动与传热特性数值模拟

针对回转窑煤粉燃烧过程中物料运动和传热特性难以仿真分析的问题,将回转窑看作是由高温烟气流域和物料流域组成且相互耦合的计算域。在壁面传热的基础上,利用热传导方程描述不同区域物料经窑壁向外散热的热流密度,并提出一种带传热补偿的物料和高温烟气的换热模型。采用此模型数值模拟回转窑内的煤粉燃烧、物料流动和烧结等,研究不同工况下物料流动和温度分布情况。研究结果表明:所建模型可以较准确地反映物料在回转窑内的传热和运动情况;回转窑转速的升高会增大物料沿轴向运动的加速度;增加回转窑内物料流量会降低物料温度,并加剧物料表层和内部的温度差;物料填充率的增加会扩大外回流区的范围,升高冷却带的温度;当物料填充率达到12%时会引发康达效应,使回转窑火焰在靠近物料区域向物料方向发生偏移。