换热器的(火积)理论强化传热评价准则研究

对于现有的(火积)理论只考虑了换热器换热量或传热温差的影响,而没有考虑压降和泵功的问题,分析和推导得出两种新的(火积)评价指标ET/EP2/3和ET/EP,并命名为EPEC(entransy performance evaluation criterion)指标,分别表征了单位压降和单位泵功下的换热量,这对换热器传热强化性能评价工作具有重要的参考价值。同时,对18°和27°平面螺旋折流板换热器和折面螺旋折流板换热器的实验结果分别进行了基于热力学第一定律、热力学第二定律以及新的(火积)理论评价指标的分析,研究表明:ET/EP2/3和ET/EP与单位压降和单位泵功下的换热量随有效度的变化趋势基本一致,验证了新评价指标的有效性和可靠性。不同评价指标均从不同方面反映了换热器的性能,同时也说明了不同评价指标之间的差异和针对不同换热器不同工况统一标准的必要性。     

三股流高温紧凑板翅式换热器的性能分析

建立了三股流紧凑板翅式换热器的动态数学模型.在分布集总参数方法和容阻特性建模技术的基础上,建立了该紧凑板翅式换热器的仿真模型.所建模型详细考虑了流体物性沿换热器长度方向上的变化,能满足系统快速动态仿真的需要,并能反映分布参数特性.稳态特性表明,沿长度方向流体的密度、速度和热传导率变化幅度较大,比热容变化较小;动态特性表明,该换热器具有一定的惯性延迟时间,这将为控制系统的设计和优化提供参考.     

翅片打孔对板翅式换热器传热性能和流场影响

为提高板翅式换热器换热效率的同时减小流动阻力,提出了一种基于翅片打孔的换热器换热性能提升方式,并通过PIV实验进行了解释验证.研究发现,在板翅式换热器翅片上进行打孔,可以破坏流道内流体与壁面之间的换热边界层,使局部流动状态由层流转变为紊流,提升换热能力且不明显增加压降.仿真参数分析表明,在两种不同的热流密度下,不同入口...     

基于联合仿真的板翅式换热器换热特性模拟

为获得板翅式换热器整体结构内的流场与流量分配特性,采用联合仿真中MATLAB和FLUENT计算模型的流动和传热模块,在压力场和温度场相互耦合的情况下,以天然气为例分析板翅式换热器内部流量分配特性对换热的影响。研究表明:板翅式换热器内由于流量分配不均而引起的出口温度分布不均更为严重;天然气侧在不发生相变的情况下,因温度压力变化会使密度升高约10%,动力黏度降低13%;流量由小到大变化会使表面传热系数增加约1.9倍,计算微元压降增加约3.5倍;板翅式换热器内由于流量分配不均而出现的小质量流量和大质量流量都会造成换热效率下降,出现换热面积不能得到充分利用或天然气不能冷却到理想温度等问题。     

板翅式换热器动态特性的试验研究

建立了可进行两股及多股流换热器动态特性试验研究的装置．对一．个两股流板翅式换热器施加流量按阶跃变化、进口温度按指数函数变化的时间域扰动信号，进行了动态试验．得到了换热器动态模型对流量扰动可接线性建模的扰动范围，确定了各股流体对进口温度扰动的响应延滞时间的计算公式．对换热器进行了一系列的动态特性测试，并获得其动态响应过程曲线．试验工况的传热单元数范围为０．６～３，雷诺数为２００～２０００，普朗特数为２～７．试验数据为建立完善的理论模型提供了可对比的依据．     

含球凸/球凹板翅式换热器的数值分析

在普通平直翅片板翅式换热器基础上演变而来的含球凸/球凹的板翅式换热器具有结构稳定、换热面积大、换热能力强和强化传热效果显著等优点,在工农业的热量传递设备中具有广泛的应用前景。本文采用同位网格上的SIMPLE算法,在雷诺数Re=550~1700的范围内对比研究了矩形通道下球凸/球凹板翅式换热器与平直翅片板翅式换热器的流动及传热问题。研究表明,在相同的流动速度下,冲压有球凸/球凹翅片的矩形通道努塞尔数要比平直翅片的矩形通道高47%~108%,同时冲压有球凸/球凹翅片通道的阻力系数也要比平直翅片通道高69%~140%。分析得出球凸/球凹的存在能够产生数量多、强度大的二次流,从而进一步促进冷热流体的相互混合,但是在强化对流换热的同时流动阻力也有较大的增加。     

基于Webb指标的管内强化对流换热热力性能的计算及应用

依据Ｗｅｂｂ指标,对管内强化对流换热方式下传热和流阻的综合热力性能进行了推导,得到了相同泵功和换热面积条件下,强化方式换热量与光管换热量之比与管内对流换热努塞尔数Ｎｕ和管内阻力系数λ之间的函数关系式．同理得到了相同泵功和换热量条件下换热面积之比以及相同换热量和换热面积条件下泵功之比的计算式．在此基础上,对进口轴向叶片旋流器强化管内换热的热力性能进行了评价和分析     

多股流换热器传递函数系数的理论确定方法

用数值模拟方法对一四股流板翅式换热器分别施加流量、进口温度的阶跃变化,获得其出口温度动态的响应曲线;用理论方法研究了其传染函数的系数,从而得到了四股流换热器的传递函数,并对其结果进行了分析,所得的四股流板翅式换热器的传递函数系数炎其自动控制试验提供了理论依据。     

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.     

回热式有机朗肯循环系统热力性能

膨胀机和工质泵作为有机朗肯循环系统的重要动力部件,在不同的热源温度下,合适的膨胀机及工质泵转速能够有效提高有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)系统的热效率。基于回热式ORC系统的热力学分析,选用1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)为工质研究了膨胀机转速、工质泵转速以及热源温度对系统性能的影响。结果表明:膨胀机转速的增加使得工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功和系统净输出功有所上升,而蒸发压力和热效率下降;工质泵转速的增加使得工质质量流量、蒸发压力、蒸发器换热量及系统净输出功升高,系统热效率先增加后降低;热源温度的升高导致蒸发压力下降,工质质量流量、蒸发器换热量、膨胀机输出功、净输出功及热效率均随之增加。     

以R410A为工质的空调换热器性能仿真与实验

通过建立分布参数模型,研究了以R410A为工质的空调换热器在不同运行工况下的换热性能.与实际R410A房间空调换热器性能测试结果进行对比,评估了8种R410A蒸发和冷凝关联式,并对R410A在7.0 mm管径强化管内的换热性能进行了研究.结果表明,在相同制冷剂质流通量条件下,R410A采用7.0 mm强化管后比R22采用9.52 mm强化管的蒸发换热量和冷凝换热量分别提高9.32%~16.32%和8.05%~15.63%,而换热器盘管设计长度可减小2%~15.86%.     

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。     

螺旋折流板管壳式换热器结构特点剖析

在管壳式换热器中,一种流体在管内流动,另一种流体在壳侧流动,并通过换热管壁进行热量交换。管壳式换热器生产成本低,清洗方便,适应性强,处理量大,工作可靠,能适应高温高压,且设计及加工制造方法比较完善。其允许操作压力范围可以从真空到41．5MPa．允许操作温度可以在-100℃—1100℃之间,传热面积几乎不受限制（国外己开发出传热面积达5000—8000m,的管壳式换热装备）。因此,虽然它在结构紧凑性、传热强度和单位金属消耗量方面无法与板式或板翅式换热器相比,但由于有前述优点,其在化工、石油能源等行业应用中仍处于主导地位,目前在世界范围内占换热器总数的35％－40％。     

燃气辐射管换热器的结构优化与数值模拟

为解决W型燃气辐射管换热器排烟温度高的问题,设计了三种改进换热器性能的结构,采用ANSYS FLUENT软件进行数值模拟,得到了不同结构换热器的性能参数,如烟气出口温度、空气预热温度、压力损失、各换热面换热量和有无折流板的热阻变化.结果表明,中心空气管由一根φ79 mm粗管改为六根φ33 mm细管后换热量增加了57.6%,增设烟气双行程后换热量提高20.7%.增设密封折流板和多孔折流板后换热量分别增加了5.7%和5.3%,空气和烟气之间的热阻都降低了20%左右.多孔折流板的烟气压力损失比密封折流板低47.4%.     

板翅式机油冷却器的性能仿真与优化

为研究板翅式机油冷却器各层芯片内机油的流动及换热情况,优化板翅式机油冷却器的芯板层数,基于有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言,编程建立了不同芯片层数的多个油冷器的有限元模型;翅片简化为多孔介质,借助计算流体力学软件Fluent,得到油冷器各层芯片的流场和温度场分布.仿真结果与实验结果吻合良好.油冷器各层芯片流量分配曲线大致呈S形分布,而换热量分配曲线呈浴盆状分布.引入标准偏差判断各油冷器各层流量和换热量的均匀性,随着油冷器芯片层数的增多,各层芯片流量和换热量分配趋于均匀;总体换热性能略有增大,而单层芯片的平均换热量显著减小.根据仿真结果提出优化建议:在设计油冷器时,应避免单层芯片热负荷过高或过低,在机体内部空间允许的条件下应尽量采用较多层芯片.     

套管式地埋管换热器的换热影响因素研究

为解决传统U型地埋管换热器在严寒地区换热效率低的问题.以套管式换热器为研究对象,以实验结果验证模型可靠性,采用数值模拟的方法对入口流速、回填导热系数、流体流动方式以及埋管材质对其换热性能的影响进行研究.研究结果表明,入口流速为0.5 m/s时,单位延米换热量可达42.2 W/m;回填导热系数由1 W/m·K增加到2.5...     

中空纤维膜换热器传热传质特性的实验和理论研究

将直接接触式膜蒸馏的概念和操作过程引入到换热器的设计中,提出了一种既有传热又有传质的新型中空纤维膜换热器.以水为工作介质,对采用聚偏氟乙烯膜(PVDF)的中空纤维膜换热器进行了初步的传热、传质实验研究,考察了逆流布置下溶液的进口温度和流量对换热器的传热、传质效果的影响,并构建了同样尺寸的铜列管式换热器进行对比研究.实验和理论结果表明,虽然膜材料本身的热传导系数较低,但膜换热器冷热流体之间接触面积比传统换热器大,特别是水蒸气从热侧向冷侧进行质量传递的同时还进行潜热传递,因此膜换热器的换热量可维持在较高水平,流体的进出口温差也有大幅度提高.初步研究结果显示,在实验的工况范围内,在低流速、小流量下,膜换热器的传热性能优于金属换热器,但随着管内流速的增加,膜换热器的沿程阻力将远大于金属换热器,因此膜换热器适合于在低流速的情况下使用.     

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％.     

套管式和双U型换热器换热性能对比

地埋管换热器广泛应用于各种建筑供暖系统中,提高地埋管换热器的传热效率一直是研究人员关注的热点问题。本文分别在第四系和基岩地层开展了套管式和双 U 型地埋管换热器岩土热响应对比试验。结果表明,套管式换热器增加了循环流体进口流量以及外管壁与岩土体之间的接触面积和热传导能力,换热性能要优于双U型换热器。第四系松散沉积物中,套管式换热器夏季延米换热量约是双Ｕ型的1.76倍。基岩地层条件下,套管式换热器夏季延米换热量约是双Ｕ型的1.37~1.41倍。基岩地层热导率高于第四系松散沉积物,套管式和双U型换热器的换热性能均比第四系地埋管换热器强。研究工作将为地埋管地源热泵系统中套管式换热器的设计及应用提供参考。     

双叶片离心泵内失速现象的三维PIV分析

为了揭示双叶片离心泵内失速现象的发生和发展过程,采用三维粒子图像测速(PIV)系统对比转数为134的双叶片离心泵在4个工况下3个截面的流体流动进行了分析.结果表明：随着流体流量的减小,叶片的压力面首先出现流动分离并产生漩涡;当流体流量继续减小时,漩涡堵塞了流道而使流体流动受阻,造成了叶轮流道失速的现象.在最优工况下,叶轮内流体的流态最佳;在0.8倍最优工况下,中间截面发生了流动分离;在0.5倍最优工况下,中间截面的流动分离扩张并产生了失速;在流量减小至0.2倍最优工况的流量之前,前盖板处也出现了失速,而在后盖板处没有发现漩涡.同时,叶轮内流场的轴向速度很不均匀,由流道进口到出口、吸力面到压力面,其轴向速度逐渐减小,并且叶片压力面的负向轴向速度区域随着失速的发展而扩大.