不同倾斜角新型板式换热器特性及场协同原理分析

通过三维CFD数值模拟软件ANSYS-CFX模拟分析一种新型波纹板式换热器——复合人字形板式换热器,分析其倾斜角β为20°～70°的传热和阻力特性,并对不同倾斜角的复合人字形板片进行场协同理论分析。数值计算结果表明:在β=60°时复合人字形板式换热器比普通人字形板式换热器的摩擦阻力系数低8%左右,综合性能提高25%左右;β=20°时速度场、温度场和压力场协同最好。     

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.     

收缩式角孔通道对板式换热器流动均匀性的影响

针对传统板式换热器流道之间流量分配不均的问题,提出新型收缩式角孔通道结构。按照收缩式角孔所处位置的不同,建立入口设置、出口设置、入口和出口同时设置收缩式角孔通道的板式换热器物理模型;通过全三维数值模拟,以水为流动介质,研究具有收缩式角孔通道结构的板式换热器流量分布特性和流动均匀性;利用相对标准差对板式换热器整体流动均匀性进行评价。结果表明:传统板式换热器入口角孔通道末端存在涡流区,通过入口设置收缩式角孔通道结构有效避免了涡流区的产生,使得流场分布均匀;与传统板式换热器相比,入口设置收缩式角孔通道的板式换热器相对标准差减小16.7%～28.7%,并且随流量变化稳定。     

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟

借助CFD软件对3种不同类型的翅片管式换热器(平直翅片、均匀波纹翅片和倾角渐增波纹翅片)的流动传热性能进行了三维数值模拟计算,得出了在不同入口风速下各流域中心面的温度场、压力场和速度场分布图,计算出各翅片表面在不同风速下的平均传热系数和阻力系数,并与相关实验数据对比,证明该数值模拟的正确性.研究结果表明,倾角渐增波纹翅片的平均努谢尔数比平直翅片的高13.8%~29.3%,比均匀波纹翅片的高5.5%~10.3%,其强化传热效果显著.     

一次表面换热器的场协同分析

在微型燃气轮机高效紧凑式回热器关键技术研究背景下,对具有正弦形波纹通道的一次表面换热器开展了传热与流动的数值模拟,并重点针对换热器不同的流动交错角(θ)和宽高比(P/H)做了场协同问题的计算和分析.数值计算表明,场协同原理同样可以指导一次表面换热器的换热强化,并指明未来结构优化的方向.     

板式换热器冷却水污垢影响因素权重及结垢机理

通过更换BR0.015F型波纹板式换热器的不同几何参数的板片,改变冷、热水的入口温度与冷却水流量等途径,实验监测了其污垢热阻并测定了水质与运行状况特征参数,以灰色关联分析法计算了几何结构、水质、运行状况等因素对结垢的影响权重。结果表明在这些特征参数中,对结垢影响最大的为流速,最小的为溶解氧。并从流动与传热传质角度简要分析了该波纹板式换热器的几何结构要素(波纹节高比、波纹倾角)影响结垢的机理:波纹节高比的增加导致冷却水中结垢成分沉积且节点处剪切应力减小弱化了污垢剥蚀,最终结垢;波纹倾角的增大,板间流动渐变为"曲折流",故局部沉积增加,垢阻增加,而交叉成的流体漩涡会增强节点处剪切应力、增大其后流速,故节点处的污垢剥蚀加强,垢阻减小。     

太阳能板式换热器的脉动流相变传热特性

为了研究脉动流对太阳能板式换热器相变传热特性的影响,对太阳能光热板式换热器建立三流道模型,模拟脉动条件下流道内部流动相变传热过程。结果表明：脉动流动下,波纹流道内漩涡周期性形成和脱落,波纹凹角处流体与主流区流体的掺混增强。与稳态相比,脉动流场传热效果的强化程度随振幅和频率增大而增大。稳态流动气相在凹角和换热壁面上堆积,形成明显的气膜。脉动流动下,随着脉动振幅增大,脉动流场的气相体积先减小后增大,振幅为0.02时到达最小值,随着脉动频率的增加,气相体积的变化幅值开始减小,气相体积均值在逐渐增大。     

余热回收系统中板式换热器的热力学分析

目的计算东基集团余热回收系统中电源冷却系统的板式换热器的流程组合,校核该组合的换热量和压力.方法分析基于热泵基础之上的余热回收系统的组成、原理及工况和电源冷却系统中的板式换热器的工作原理、传热过程.运用传热学对板式换热器的传热过程进行分析.根据电源冷却循环水的压力要求确定板式换热器的流程组合,并计算该组合的板式换热器的换热量、总传热系数,校核其换热量和压力.结果板式换热器的流程组合为(2×10)/(2×10),换热量为2.86×105J/s,总传热系数为4 946.21 W/(m2·K).板式换热器在电源冷却系统中的另一个作用是保证进、出口水质要求.结论计算得到的板式换热器的流程组合满足换热量和压力的要求,是可行的.     

湍流模型在折流板换热器壳侧结构优化中的应用

研究不同湍流模型在换热器流场和传热计算中的适用性,分别采用Spalart-Allmaras湍流模型、标准k-ε湍流模型和可实现k-ε湍流模型计算换热器在不同入口速度下的出口温度、换热系数等参数.将3种湍流模型的CFD计算结果与Bell-Delaware理论计算值进行对比可知,Spalart-Allmaras湍流模型的换热器性能数值计算存在明显缺陷,可实现k-ε湍流模型的换热器CFD较其他两种湍流模型的更为适用.将适用性较好的可实现k-ε湍流模型进行CFD数值模拟,模拟结果表明挡切率为25%时换热器性能最佳.     

不同相位差正弦型波纹通道内流动与换热特性的数值研究

研究了流体在不同相位差的正弦型波纹通道内周期性充分发展的层流流动特征及强化换热特性,利用数值模拟方法探讨了波纹上、下板相位差对流动与换热的影响.计算结果表明:对于不同相位差的通道在当量直径与入口质量流量分别相同的条件下,流动与换热特性与Re的范围有关,上、下波纹板相位差为0°与180°时通道的阻力较高,相位差为30°时通道的阻力最低,同时也以相位差为0°时通道表面的换热速率最高,相位差为30°时通道表面的换热速率相对较低,即表面换热性能的改善要以压力损失的增大为代价.     

板式换热器中蒸汽凝结换热特性

在板式换热器的蒸汽凝结换热试验台上进行了实验研究,获取蒸汽完全凝结和部分凝结两种典型工况下的换热和压降特性．且就板式换热器中蒸汽凝结过程的换热进行分析和处理,得到了一个在板片槽道中蒸汽凝结换热系数关联式．并推荐用于板式换热器的蒸汽凝结换热系数的计算．     

板式热交换器流动分布的理论分析与实验研究

板式热交换器和相同形状波纹槽道的流阻和传热有较大的差距 ,通过流型观测发现板式热交换器内的流量分配不均匀 ,偏流的存在降低了板式热交换器的传热性能 ,增大了流阻 .在压力降测试的基础上 ,提出了单元流路分析的原理和方法 ,能够定量计算板式热交换器内的流量分布 ,并计算了BR10和BR12两种板式热交换器 .计算表明 ,进出口段的波纹形式能显著地影响板式热交换器内的流量偏差 .误差分析验证了单元流路分析结果的可靠性 .     

200MW核供热堆主换热器温度场和流量场计算

主换热器是核供热堆一、二回路之间进行热交换的关键设备。其温度分布和流速分布对主换热器的设计有重要意义。该文采用数值分析的办法进行计算时把主换热器在二维网络中划分成 4个区 ,将整个计算简化成在一定流量场下计算温度场和在一定温度场下计算流量场两部分。计算温度场时要列出热平衡方程组 ,计算流量场时要涉及到压降平衡方程组 ,由于方程组是非线性的 ,采用了 Newton迭代法进行计算。在计算温度场和流量场的同时也得到了传热系数和线性热功率的分布。     

变压器用片式散热器传热结构改进的数值分析

片式散热器具有成本低、结构简单、散热效率高等优点,是保障变压器正常生产、调节工艺介质温度的关键设备,其换热性能直接影响变压器内部绕组等金属器件的使用寿命.为提高片式散热器换热性能,达到节能环保、降低能耗的目的,在模型Y方向两侧安装散热板,并在散热板上设置不同直径的穿孔,通过数值模拟的方法研究穿孔直径对散热板的辐射换热、...     

Experimental study on the effect of additives on the heat transfer performance of spray cold plate

The spray cold plate has a compact structure and high-efficiency heat exchange, which can meet the requirements of high heat flux dissipation of multiple heat sources, and is a reliable means to solve the heat dissipation of the next generation of chips. This paper proposes to use surfactants to enhance the heat transfer of the spray cold plate, and conduct a systematic experimental study on the heat transfer performance of the spray cold plate under different types and concentrations of additives. It was found that among the three surfactants, sodium dodecyl sulfate (SDS) can improve the heat transfer performance of the spray cold plate, and at the optimal concentration of 200ppm, the heat transfer coefficient of the spray cold plate was increased significantly by 19.8%. Both the n-octanol-distilled water and Tween 20-distilled water can reduce the heat transfer performance of the cold plate using multi nozzles. In addition, based on the experimental data, the dimensionless heat transfers correlations for the spray cold plate using additives were conducted, and the maximum errors of dimensionless correlations for using additives were 2.1%, 2.8%, and 5.4% respectively. This discovery provides a theoretical analysis and basis for the improvement of spray cold plates.     

微通道太阳能平板集热器的集热性能试验

为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能,对一种自主设计的新型微通道太阳能平板集热器进行探究.通过采用矩形微通道吸热板结构,减小传统流道的截面面积及增加吸热板与循环工质的热传导面积,使流体吸收热能的时间延长,并提高总的传热量.同时,对该集热器在山西省某农村住宅供暖系统进行试验测试.试验结果表明:在冬季晴朗天气的典型工况下,微通道太阳能平板集热器日平均集热效率为63.6%,最高集热效率可达80.4%,系统平均能效比为16.1,单块集热板平均热损失为233.3 W,且集中在顶部;下进上出流动形式的瞬时效率较高,热损失较小.     

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%。     

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re＞1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7％.     

特厚钢板阵列射流淬火的表面换热

采用特厚钢板专用辊式射流淬火试验装置和多通道钢板温度记录仪,测试出射流速度3.39~26.8 m·s-1、雷诺数12808~117340、水流密度978.7~6751.5 L·(m2·min)-1条件下,84 mm厚钢板淬火冷却曲线;进而基于反传热修正方法计算高温钢板淬火过程壁面温度和热流密度,描绘出沸腾曲线,分析多束圆孔阵列射流对特厚钢板淬火表面换热的影响.结果表明:射流速度、水流密度等参数影响钢板表面射流滞止区和平行流区换热机制,进而影响最大热流密度分布.射流速度较低时,壁面平行流区观察到混合换热和"热流密度肩"现象;随射流速度增大,膜沸腾换热机制消失,最大热流密度移至较低壁面过热度处.相关研究将对特厚钢板淬火过程温度场计算和组织性能调控提供有益的帮助.