无短路区新型螺旋折流板换热器换热性能的实验研究

为了消除目前在工业过程中大量使用的螺旋折流板换热器壳程的三角区漏流,首次采用折面折流板代替平面折流板,对其进行了结构改进.通过采用折面折流板,封闭了相邻两块平面折流板在搭接处产生的三角形豁口,消除了由于豁口导致的壳程短路流道,从而改进了换热器壳侧的流场.实验结果表明,用折面折流板代替平面折流板后,换热器的总传热系数增加了7.9％～9.7％,有效地提高了换热器的换热性能.虽然换热器壳程的阻力损失有所增加,但泵耗功率的增量小于2W,相对于换热量的增加可以忽略不计.此项研究对于换热器的节能优化设计具有重要的指导意义.     

小型车用换热器的数值模拟与优化

应用CFD计算流体动力学方法对换热器的换热特性、空气流动特性进行了全面分析,得到了换热器温度场、压力场和流场分布情况.对换热器实施了减少管束的数目、减小折流板尺寸、增大壳侧出口直径和增大换热管直径等改进措施,改进后换热器壳侧的阻力损失降低32.3%,为103.2 Pa,同时出口温度为130 K,仍然满足换热要求.表明采用数值模拟方法对换热器进行研究开发可以获取换热器内任意点的温度、压力和流速等详细信息,而且可以了解结构参数变化对换热器流场和温度场的影响的显著优点,为换热器的优化设计提供了新的方法.     

旋梯式螺旋折流板换热器优化结构的数值模拟

针对现有螺旋折流板换热器在相邻两块折流板的直边对接处形成三角区漏流而降低换热器换热性能的问题,提出了一种旋梯式螺旋折流板换热器,即旋梯式折面折流板由一块大平板经过两次弯折后形成,其中两平面与管束轴线垂直,另一平面与两平面的夹角(折弯角)相同。对旋梯式螺旋折流板换热器的结构进行了计算流体力学模拟优化,结果表明:利用折面板结构及直边重叠特点,消除了三角区漏流,改善了壳程流场,使得换热器壳程流体流动更接近于螺旋流,换热得以强化;折弯度为0.3、切割百分数为90%、折弯角为37°时,旋梯式螺旋折流板换热器综合性能最优,换热器热性能因子提高了28.4%~30.7%,平均增加了29.9%。该结果可为螺旋折流板换热器的节能优化提供参考。     

两种不同结构形式的折流板对管壳式换热器的影响因素分析

管壳式换热器由于其结构简单、强度可靠、技术成熟、耐高温高压,所以是目前换热器的主要结构形式,被广泛应用于石油化工、轻工制药、航空等许多行业。传热强化一直是管壳式换热器的研究热点,而折流板的结构对壳程的传热特性尤为重要。首先采用流体仿真软件Fluent对弓形折流板和盘环折流板的流场和流阻进行了数值模拟,模拟结果表明壳程采用盘环折流板比弓形折流板传热效果好,但对应的流阻比弓形折流板的要高,产生的压力损失比弓形折流板的大。其次通过实验验证了弓形折流板和盘环折流板对流体传热和压力损失的影响,实验结果和数值模拟结果一致,证明了数值模拟的准确性,可为工程管壳式换热器折流板的选型提供参考。     

折流杆换热器的应用分析

分析了折流板换热器换热管泄漏的原因,并提出了改造方案.采用杆式折流替代板式折流,不仅解决了换热管束由于剧烈振动而导致的泄漏问题,而且换热器的总传热系数提高了34%,壳程阻力损失减小了23%,达到了良好的改造效果.     

螺旋折流板换热器换热强化的数值研究

针对目前常用螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块折流板结构而严重影响换热器性能的问题,提出了一种旋梯式折面折流板新结构,用来封闭原始折流板之间的三角漏流区,使壳程流体接近连续的螺旋状流动。模拟结果表明:采用旋梯式折面折流板代替原始的扇形折流板后,换热器壳程流体的切向和径向速度大幅提升,轴向速度略有降低;换热器总传热系数增加51.7%~66.1%,壳程压降增加159.8%~186.2%,换热器的热性能因子提高了10.4%~17.0%,平均增加14.1%。采用旋梯式折面折流板能有效提高螺旋折流板的换热性能,且具有定位和安装简单、方便等优点,对于换热器的节能优化设计具有重要的指导意义。     

螺旋折流板换热器与弓型折流板换热器性能比较

螺旋折流板与弓形折流板的根本区别在于折流板在壳体中结构形式的变化。弓形折流板在壳体内垂直于换热管束,使壳侧形成若干个并列折返通道,介质急剧改变流向必然产生严重的压力损耗。在实验室条件下,相同结构尺寸换热器,用螺旋折流板代替弓形折流板,其传热系数提高20%至25%,其传热效率提高10%以上。相同条件下,螺旋折流板换热器比弓形折流板换热器的壳程压降降低20%。     

折流板间距对换热器性能影响的数值研究

采用CFD数值模拟方法,研究了简化模型下弓形折流板和螺旋折流板换热器,对应于不同间距／螺距时。流动参量的变化对换热器整体流动与传热性能的影响。结果表明,两种结构对应的壳程压力损失和换热系数均随壳程流量的增加而增大,而螺旋折流板结构单位压降下换热系数大于弓形折流板,并且其性能受折流板螺距变化的影响较小,体现了螺旋折流板结构的优越性。计算结果与现有实验结论吻合较好。     

结构参数对交错百叶折流板管壳式换热器性能影响的研究

研究了不同百叶折流板倾角α、不同相邻百叶折流板组夹角β对交错百叶折流板管壳式换热器性能的影响。结果表明,交错百叶折流板换热器的壳侧压降随百叶折流板倾角α的增大逐渐降低,随相邻百叶折流板组夹角β的增大逐渐增加。与弓形折流板换热器相比,百叶折流板倾角为75°时压降最明显,降低幅度为79.26%～79.61%;相邻百叶折流板组夹角为15°时压降最明显,降低幅度为76.65%～77.12%.当百叶折流板倾角α大于45°时,交错百叶折流板换热器的单位泵功换热系数随倾角α的增大而减小。与弓形折流板换热器相比,百叶折流板倾角和相邻百叶折流板组夹角都为45°时,新型换热器的综合性能最好,增加幅度为79.49%～118.70%.     

交错百叶折流板管壳式换热器性能分析

针对传统弓形折流板换热器壳侧压降大的问题,提出交错百叶折流板管壳式换热器,通过三维数值模拟,对不同周期下的交错百叶折流板管壳式换热器性能进行研究,获得壳侧流场、温度场的换热和阻力性能.结果表明:与传统弓形折流板换热器相比,交错百叶折流板管壳式换热器壳侧形成了较好的螺旋状流动,温度场分布均匀;在相同的质量流量下,交错百叶折流板管壳式换热器壳侧压降显著降低,单位压降的传热系数最高提高110.51%,综合性能大幅提高.     

螺旋折流板换热器折流板的数控加工

螺旋折流板管壳式换热器比传统的弓形折流板换热器具有更高的换热效率,但是螺旋折流板结构实现起来十分困难,阻碍了其在工程上的应用.螺旋折流板在壳程内倾斜布置,与换热管交叉成一定角度,上面的孔为斜孔,采用传统的机械加工方法难以实现.针对2管程换热器,将一个周期的折流板分为4块,对折流板上管孔的排布方式进行研究分析,找出规律,建立了数学模型,用EIA代码编制了数控加工程序.在MITSUBISHI操作系统的数控钻铣床上,采用特殊的刀具,将折流板点焊为一摞,装夹在旋转工作台上,使之与刀具成一个固定角度,实现了阶梯式螺旋折流板上孔的加工,解决了制造的难题,提高了生产效率和钻孔精度,为螺旋折流板管壳式换热器的推广应用提供了可能.     

基于新型换热评价指标的管壳式换热器折流板结构优化

为了全面准确评价换热器换热效果,并保证换热器的安全稳定运行,采用了新型换热评价指标η,即对流传热系数与压降的三分之一次幂的比值,着重考虑压降影响,对换热器折流板进行CFD结构优化数值模拟.首先确定最佳折流板间距,然后确定最佳折流板缺口高度.计算结果表明,随着折流板间距和缺口高度的增大,流体的流速减小,压降减小,对流传热系数减小,但换热评价指标都是先增大后减小.换热器的换热效果不仅取决于对流传热系数,而且与压降大小密切相关.对于文中长度1 632 mm的管壳式换热器,折流板间距为300 mm,缺口高度为0.375D时,换热效果最佳,这与某炼油厂常减压蒸馏装置实际运行换热器折流板结构相符合.     

螺旋折流板换热器壳侧流动的数值模拟

采用多孔介质、分布阻力模型、阶梯逼近技术对螺旋折流板换热器壳侧的流动进行了三维数值模拟,湍流方程组的求解采用了改进的k-ε模型和壁面函数法.数值模拟结果表明,在相同的进口内径及相同的进口流量条件下,螺旋折流板换热器壳侧的压降明显低于弓形折流板换热器的,且随着螺旋角的增加,压降呈减小的趋势.在小流量条件下,计算所得的换热器进出口总压降与实验值之间的偏差大部分在14%以下,最大为18%,能符合工程计算的需要.     

粮食烘干机管壳式换热器传热仿真与性能分析

为提高粮食烘干过程中的能量利用率，建立基于薄层传热规律的管壳式换热器的仿真模型，以研究管程和壳程出口温度随入口参数的变化规律。烟气通过管程进入换热器，由于折流板的阻挡作用，在管程内呈现S形流动，流速和温度变化均匀，有利于传热。烟气的出口温度随着烟气的入口流速增大而升高，随空气入口流速的增大而降低；空气的出口温度随着空气入口流速的增大而降低，随烟气入口流速的增大而升高；传热系数随着烟气和空气入口流速的增大而增大。为适应不同种类谷物的烘干需求，建立了空气出口平均温度随入口参数变化的幂指数回归预测方程，该方程可以用于预测烘干机换热器的输出温度或指导换热器的设计。     

斜日字布管螺旋折流板电加热器热力性能数值模拟

斜日字布管三分螺旋折流板电加热器是针对现有分层环形布管弓形折流板电加热器存在的传热系数偏低和管间距不统一的缺陷而设计的一种正三角形布管的新型方案.对5种由27根16mm的U形管按斜日字布管的倾斜角为15°,20°三分螺旋折流板电加热器和2种由30根16 mm的U形管分层环形布管不同板间距的弓形折流板方案进行了流动与传热性能及表面温度均匀性的数值模拟和对比.流体为压缩氮气的计算结果表明:与性能相对较高的板间距200 mm弓形折流板方案相比,有效加热面积仅为68.5%的15°三分螺旋折流板电加热器的表面平均温度、最高温度分别降低了31.7,50.7 K,平均换热系数和综合指标h·Δp-1/3分别提高了68.2%,34.3%.     

螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究进展

在介绍螺旋折流板管壳式换热器的结构及原理的基础上,对壳程传热强化及阻力特性的研究现状进行了总结,分析了壳侧流体的流动和换热机理,表明螺旋折流板结构是改善壳侧流动换热性能的有效措施.与弓型折流板换热器相比,螺旋折流板换热器的最大特点是单位压降下的壳侧换热系数高.结合具体实例介绍了其在石油化工、能源动力及核能应用等行业中的应用前景.关于螺旋折流板换热器,还有许多问题需要进一步研究,如流动换热的机理以及影响流动换热机理的几何因素、相变情形、介质物性等.     

日光温室热湿环境作用下土壤-空气换热器动态换热特性的试验研究

针对土壤-空气换热器空气降温运行时的换热特性进行了试验研究,分析了入口空气温度和换热管长度对土壤-空气换热器出口空气温度和单位管长换热量的影响;并结合空气在换热管内的降温数据,采用非线性回归方法建立了换热管出口空气温度与入口空气温湿度、换热管长度、管内空气平均流速的函数关系式;并验证了其准确性。试验结果表明,换热管越长,管内流速越低时,出口空气温度越小,波动幅度也越小;土壤-空气换热器进出口空气温差与入口空气流速成反比,而单位管长换热量与入口空气流速成正比。当管内空气平均流速从4.5 m/s降至0.5 m/s时,进出口空气温差从3.97℃升至6.18℃,而单位管长换热量从11.59 W/m减至1.79 W/m。从增强土壤-空气换热器整体换热性能的角度考虑,管内最佳空气平均流速为5.9 m/s。研究结果对于土壤-空气换热器的结构设计优化和换热性能提高具有重要的理论和实际意义。     

管壳式换热器设计软件的开发

为提高管壳式换热器设计效率,以VB程序语言为平台,基于换热器壳侧传热性能指标设计开发了管壳式换热器计算软件。用户通过使用软件既可设计出满足给定换热量要求、规定压降条件的一系列国家标准弓行板式换热器结构;又可设计新型螺旋折流板换热器。软件计算准确性较高,可供工程设计及类似软件开发借鉴。     

螺旋折流板波槽管换热器换热与阻力实验研究

以水为工质，对螺旋折流板波槽管换热器、螺旋折流板光管换热器及传统弓形折流板光管换热器进行了壳程和管程的传热及阻力对比实验研究．结果表明，相比弓形折流板光管换热器，螺旋折流板光管换热器总传热系数和壳程换热系数分别提高50％～80％和90％，壳程阻力减少15％～20％；螺旋折流板与波槽管结合使用，换热能力进一步加强，总传热系数是弓形折流板光管换热器的2．01～2．11倍，是螺旋折流板光管换热器的1．15～1．6倍．     

螺旋折流板换热器折流板的数控加工

螺旋折流板管壳式换热器比传统的弓形折流板换热器具有更高的换热效率,但是螺旋折流板结构实现起来十分困难,阻碍了其在工程上的应用。螺旋折流板在壳程内倾斜布置,与换热管交叉成一定角度,上面的孔为斜孔,采用传统的机械加工方法难以实现。针对2管程换热器,将一个周期的折流板分为4块,对折流板上管孔的排布方式进行研究分析,找出规律,建立了数学模型,用EIA代码编制了数控加工程序。在MITSUBISHI操作系统的数控钻铣床上,采用特殊的刀具,将折流板点焊为一摞,装夹在旋转工作台上,使之与刀具成一个固定角度,实现了阶梯式螺旋折流板上孔的加工,解决了制造的难题,提高了生产效率和钻孔精度,为螺旋折流板管壳式换热器的推广应用提供了可能。