横槽管传热性能的实验研究(一)

本文介绍了横槽管传热性能试验。通过对不同的槽宽、槽深、槽距的试验分别建立了准数方程,求出了各种槽管的Nu和(?)。试验结果表明,横槽管在同光滑管相同操作条件下,可节省传热面积36～40％,并对适宜的槽深进行了讨论。     

强化传热的一种新途径

本文着重介绍了单面纵槽管、双面纵槽管及螺旋槽纹管的构造、性能、强化传热的机理、理论计算公式及国内外的研究和应用情况。     

螺纹槽管传热和流体阻力的数值模拟

对螺纹槽管在恒壁温和雷诺数(Re)5000～35000范围内空气的换热性能和压降进行了数值研究.分别对25种不同几何参数的螺纹槽换热管换热性能和压降与同参数的光滑管进行了对比分析.结果表明,螺纹槽管的换热性能显著强于光滑管,同时压降也不同程度地高于光滑管;其中螺纹槽深度对换热性能和压降的影响大于螺纹槽间距,二者存在相互影响,呈现了最优区间原则.最大平均努赛尔数出现在Re=5000,几何参数螺纹深度/内径(dl/D)=0.25,螺纹间距/内径(pl/D)=0.5时,是光滑管的3.1倍.最大综合换热性能指标(performance evaluation criteria,PEC)为1.404,出现在Re=5000,几何参数dl/D=0.15,pl/D=1时,此时螺纹槽管的换热能力是普通光滑管的1.8倍,摩擦因子是普通光滑管的2.25倍.从整体雷诺数范围考虑,最佳几何参数为dl/D为0.14～0.18,pl/D为0.8～1.2.     

纵槽管降膜蒸发传热性能研究

降膜蒸发是一种高效传热方式,本文以水为实验工质对纵槽管降膜蒸发传热性能进行了实验研究。在热通量q=13.2-56.52kW/㎡,液体周边进料流量 =0.419-1.112kg/m.s,传热温差△T=2.02-9.87℃下测量纵槽管传热系数,并与相同操作条件下的光管传热系数进行比较。结果表明：纵槽管强化传热效果在一定范围内随着管内雷诺数增大而增大;在热通量相同时,纵槽管的传热温差仅为光管的51%;纵槽管管外冷凝传热系数为光管的1.77倍,总传热系数为光管的2.14倍,强化效果显著。     

不锈钢纵槽管降膜蒸发传热性能

降膜蒸发是一种高效传热方式。以水为实验工质,对不锈钢纵槽管降膜蒸发传热性能进行了实验研究。在热通量q=13.2~56.52 kW/m~2,液体周边进料流量Γ=0.419~1.112 kg/(m·s),传热温差ΔT=2.02~9.87℃下测量纵槽管传热系数;并与相同操作条件下的光管传热系数进行比较。结果表明:纵槽管强化传热效果在一定范围内随着管内雷诺数增大而增大;在热通量相同时,纵槽管的传热温差仅为光管的51%;纵槽管管外冷凝传热系数为光管的2.07倍,总传热系数为光管的1.73倍,强化效果显著。     

单头“W”形螺旋槽管强化传热机理研究

单头“W”形螺旋槽管是在螺旋槽管的基础上开发出的一种新型强化管。本文研究了各种结构参数对流动和紊流换热特性的影响,从理论上探讨了其强化传热机理,并和实验结果进行了比较,结果表明此管的性能明显优于光滑管,在p/e=10～14范围内且具有小螺距和适当槽深的单头“W”形螺旋槽管的综合性能是最优的。     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

横槽管在糖厂蒸发过程中的传热实验

本文通过对横槽管和光滑管在糖厂蒸发系统的传热对比实验,得到横槽管的传热系数为光滑管的1.2～1.4倍,垢层比光滑管簿25％。从而为将此种管应用于蒸发罐提供了理论根据。     

电站立式给水加热器传热强化及无铜化运行研究

针对电站立式给水加热器的传热特性和强度要求,研制并加工出小螺旋角内外螺旋翅片管（IOSF管）来强化其传热特性,基础试验表明,IOSF管的总传热系数比光滑管提高63%-95%;工业试验表明,采用IOSF管的立式高压加热器总换热系数提高43%,对钢螺旋槽管替代铜光滑管进行了实验研究,结果表明,钢质螺旋槽管给水加热器不仅能保证原有热负荷,还能提高其换热强度,实现了锅炉给水无钢化运行的要求。     

新型纵槽管冷凝器

从九种不同形式的管子中篩选了一种表面纵槽管,可以强化有机蒸汽的冷凝。用此种管子制造的纵槽管冷凝器用于中間介质法地热发电中,較普通管冷凝器可节省传热面积一半以上。本文詳細介紹了实驗情况及理论分析,并对纵槽管的加工制造,鋁管与钢管板的連接提供了新的方法。     

碳钢粉末渗铝试验研究

对 2 0碳钢进行了粉末包埋渗铝试验 ,优化了渗剂配方及渗铝工艺。采用X射线衍射仪分析了渗铝层的相成分 ,并对渗铝层的微观组织和渗铝钢的力学性能进行了测试。结果表明 ,使用 3号渗剂的 2 0碳钢的表面渗铝效果最好。 2 0碳钢渗铝层内未出现高铝脆性相 (FeAl3 、Fe2 Al5等 ) ,这有利于改善渗铝钢的力学性能和焊接性能。 2 0碳钢经渗铝处理后 ,其机械性能略有降低 ,高温持久性能明显降低 ,而抗高温氧化性能大大提高。     

H62黄铜与20#钢异种材料对接气焊焊接工艺探究

黄铜的机械性能和耐磨性能优异,此种材料与碳钢制成的焊接结构在机械、化工、石油及反应堆行业应用广泛。采用异种金属制造焊接结构,不仅可节约大量的优质贵重材料降低成本,简化制造工艺,而且能保证在不同的工作条件下使用不同的材料,充分发挥不同材料的性能优势。采用氧乙炔焊焊接H62黄铜管与20#管的对接接头,进行了多次焊接工艺试验,探索出与之相适应的焊接工艺。     

碳钢粉末渗铝试验研究

对20碳钢进行了粉末包埋渗铝试验，优化了渗剂配方及渗铝工艺。采用X射线衍射仪分析了渗铝层的相成分，并对渗铝层的微观组织和渗铝钢的力学性能进行了测试。结果表明，使用3号渗剂的20碳钢的表面渗铝效果最好。20碳钢渗铝层内未出现高铝脆性相（FeAl3、Fe2Al5等），这有利于改善渗铝钢的力学性能和焊接性能。20碳钢经渗铝处理后，其机械性能略有降低，高温持久性能明显降低，而抗高温氧化性能大大提高。     

COSINE型纵槽管的冷凝传热研究

本文在V型纵槽管冷凝传热研究的基础上,进行了Cosine型纵槽管的传热研究.在理论分析与实验研究的基础上得到了传热系数和传热面积的计算公式.对所得结果比较后,作者建议以单位温度差传热速率进行这一类纵槽管的传热计算及作为评价其传热效果优劣的判据.这种作法较之过去的传统作法(传热系数法)远为优越.     

内肋-光滑组合式圆管内流动沸腾换热试验

为探究分段结构对管内流动沸腾过程的影响，采用试验方法分析了制冷剂R245fa在光滑管、内肋管以及采用前肋-后光滑组合管中的流动沸腾换热特性。以质量流速为100～350 kg/(m²·s)、热流密度为9.36～55.84 kW/m²、试验管进口过冷度约为2℃进行试验，并以光滑管的流动换热特性为基准，对比不同试验管的换热系数增强比例(enhancement factor, EF)和价值因子(merit factor, MF)。研究结果表明：内肋管和前肋-后光滑组合管的换热性能均优于全光滑管；在低质量流速时，内肋管的EF高于前肋-后光滑组合管，即内肋管换热效果更好；而随着质量流速的增加，前肋-后光滑组合管的EF逐渐高于内肋管，达到1.7左右；内肋管的MF在低质量流速时高于前肋-后光滑组合管，但在较高质量流速以及较高热流密度条件下，前肋-后光滑组合管的MF要高于内肋管，即前肋-后光滑组合管的综合性能更好。     

强化管在空压机后冷器中传热与流阻性能研究

在空气压缩机后冷却器中采用横纹管、螺旋槽管及光滑管作为换热元件，以压缩空气、水为换热介质，进行了传热和流体力学性能的测试。实验结果表明：前两种强化管对压缩机后冷却器都有较显著的传热效果。但相比之下，横纹管比螺旋槽管的效果更好。本文还对两种强化管的传热和流阻机理进行了探讨。     

微米级余弦槽表面疏水性及冷凝传热实验研究

为了研究余弦微槽结构的疏水性和冷凝传热性能,首先制备了不同槽峰高度和槽距的微米级余弦槽结构表面,实验研究了不同结构微槽表面的静态接触角及其对滴状冷凝传热性能的影响,并对冷凝传热过程中液滴在微槽表面合并、脱落过程进行实验研究和热力学分析。结果表明,液滴在微槽表面的疏水性和传热性能都呈现明显的各向异性,横向静态接触角θ⊥明显高于纵向接触角θ∥。同时,冷凝传热过程中竖直纵槽阻碍液滴的横向合并,但其对液滴脱落过程起到极大促进作用,传热性能较光滑表面提高30%~50%,且峰距比越大液滴的脱落半径越小、脱落频率越高,表面传热效率也越高。水平横槽则相反,虽然增大峰距比促进了液滴合并,但却对其脱落过程产生不利影响,导致整体传热性能较纵向槽表面大幅下降,与光滑表面接近。引入表面润湿率对微槽表面的液滴脱落半径进行热力学计算,计算值与实验结果吻合较好,误差在20%以内。     

弯管仿生耐磨方法数值模拟

仿照沙漠蝎子、蜥蜴等体表的耐磨形态,建立仿生形态表面加厚弯管物理模型,并将计算流体动力学理论与冲蚀磨损理论相结合,运用Fluent软件对光滑内壁及横槽、纵槽和凹坑3种仿生内壁弯管的冲蚀磨损情况进行模拟研究,并进一步分析颗粒运动参数来解释仿生内壁的减磨机理。研究结果表明:在相同条件下,采用仿生表面可以显著提高弯管的耐磨性,且不同表面形态加厚弯管的耐磨性能由大到小依次为横槽形、纵槽形、凹坑形、光滑形;在颗粒运动参数方面,使用仿生表面可以减弱颗粒的冲击动能,并改变颗粒与壁面间的冲蚀磨损角,从而达到减磨的效果,而横槽形内壁弯管的耐磨性最好。     

异型螺旋槽管的优化设计

通过对异型螺旋槽管的优化设计 ,使异型螺旋槽管的结构参数得到合理匹配 ,从能量综合利用的角度出发 ,用多目标数学规划的方法研究了异型螺旋槽管的优化设计问题 ,用复合形法结合每一步对满足约束条件进行寻优 ,从而可求出其最佳结构参数。优化设计表明 :异型螺旋槽管换热系统的传热 -阻力综合性能指标优于光滑管换热系统 ,研究结果可为异型螺旋槽管设计提供理论依据     

垂直三角形纵槽管的膜状冷凝传热最大有效管长与管长设计

在纵槽表面膜状冷凝传热中,其传热量几乎仅由波峰区域形成。作者以该域为传热面,进行了传热分析与计算。计算结果表明,管长对平均传热膜系数影响很小。这一结果与Ozgen对有关实验现象的解释基本一致,可在一定程度上证实他的看法。对波谷区冷凝液流动做了数值解。对该区液膜厚度与管长做了数值关联,进而得到了三角形纵槽管最大有效管长及波峰区域面积计算公式。 本文方法与结果,为三角形槽管的管长设计提供了一种简便可行的方法。同时,该类纵槽管的传热计算也因之易于进行。