天然气冷却异型翅片通道内流动与传热特性研究

通过数值计算模拟分析的方法研究了板翅式换热器内部翅片的几何参数对工质流动与传热特性的影响。分别分析了翅片间距、翅厚、翅片错开比以及翅片切开长度对流动和换热的影响,研究发现波纹锯齿翅片的传热能力最好,锯齿翅片次之,平直翅片的传热能力最差。且在不同工况下翅片结构参数存在着最佳值,在流动阻力增加较低的情况下获得更高的传热系数,从而为板翅式换热器的优化设计提供参考。     

板翅式换热器平直翅片表面流动及传热特性

为了提高板翅式换热器的换热性能,采用CFD数值模拟方法,研究了翅片结构参数和入口Re数对板翅式换热器平直翅片的表面传热与流动阻力特性的影响。研究结果表明:当流体被加热时,翅片通道内部靠近固体壁面的流体温度较高,通道中心主流体区温度较低。流体在翅片通道内的温度分布呈一定梯度,靠近一次表面的流体温度梯度较大,而靠近二次表面的流体温度梯度较小。随着翅片高度和翅片间距的增加,平直翅片的表面传热因子和摩擦因子增大。而且,增加翅片的厚度,可在一定程度提高其换热性能,但翅片厚度存在一个最优值。研究结果可为板翅式换热器的优化设计提供理论指导。     

基于FLUENT的板翅式换热器平直翅片数值模拟

为了对比板翅式换热器不同平直翅片的换热性能,采用CFD软件FLUENT数值模拟计算方法,研究了空气在三角形和矩形不同结构参数翅片中的表面传热与流动阻力特性。揭示了2种形状不同结构参数翅片中流体的速度对翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子的影响规律;并用CFD-Post分析了各参数在翅片中的分布情况。结果表明:在所有翅片中,翅片表面换热因子和翅片表面摩擦因子都随着流体速度的增大而减小;在三角形翅片中,翅片表面摩擦因子由翅顶部位对称向翅底两端均匀递减,在翅底两端最边缘附近分布最小;在矩形翅片中,翅片表面摩擦因子在翅片中部分布比较均匀,在翅片两端最边缘附近突然变小。     

低温多股流板翅式换热器设计优化方法研究进展

针对多股流体流动换热、复杂翅片结构优化、多重通道排布匹配以及低温工程应用等特点,本文归纳分析了低温多股流板翅式换热器结构设计中凸显的流股换热匹配、通道分配排列、多物理场叠加以及低温特殊工况下的应用等问题。总结了在通道结构优化与零部件设计中,通过翅片通道传热流动特性及相关性能评价方法来指导结构选型。文章还深入分析国内外现状,讨论了板翅式换热器的研究热点与发展方向。文章指出低温多股流板翅式换热器应用于大型空分等石化工业流程中优势明显,可显著提高气体液化率,降低实际能耗,进而提升系统运行效率。因此,对于实际应用中可能遇到的设计问题,应考虑结合局部换热网络与多流股匹配、翅片结构设计与通道排列算法优化、多场仿真与试验研究等手段形成合理优化方法和设计框架,来摆脱目前传统经验试凑所带来的限制。     

板翅式换热器封头对其流体分配及换热的影响

实验研究了板翅式换热器封头结构对其内部流体分配及换热特性的影响,实验结果表明,目前工业应用的板翅式换热器内部存在流体分配极为不均匀的严重问题,造成了其换热效能的严重下降。研制了各种新型孔板封头结构,并且实验研究了新型封头的各种参数,如孔板长度、开孔的分布规律和小孔直径对板翅式换热器流体分配及换热的影响。研究结果表明,孔板封头从根本上改善了换热器内部流体的分配问题,流体不均匀度从0.208减小到0.035,最大与最小流速比由改进前的2—3倍降低到1.1—1.2倍,温度分布不均匀度从0.826减小到0.601。孔板型封头结构增加了换热器的流动阻力,错排孔板型封头在改善换热器流体分配的同时,也较好地抑制了阻力损失的增加,得到了不同封头结构的流动阻力与雷诺数之间的关系。     

变截面百叶窗翅片的数值模拟与结构优化

为改善平行流换热器空气侧的换热性能,提出一种新型变截面百叶窗翅片。采用计算流体力学(CFD)对其流动和换热特性进行研究,探讨曲率数R~*、百叶窗角度θ、百叶窗间距LP等参数对其内部的流动与传热特性的影响,并以综合性能因子JF最大为目标进行结构参数优化。结果表明:与传统的矩形翅片相比,该新型变截面百叶窗翅片的传热因子j提高了7.3%,阻力因子f增加了2.6%,综合性能因子JF提高了7.65%,整体性能优于传统矩形翅片换热器;当R~*=0.51、θ=27°、L_p=1.1 mm时综合性能因子JF最大。     

超临界LNG新型换热器耦合传热模拟研究

利用液-固-液耦合传热的数值模拟方法研究超临界LNG在板翅式换热器内的流动与换热特性,此方法通过对称性以及周期性可以完整地模拟出整个板翅式换热器,重点研究不同流道形状、不同入口速度以及梯形流道弯曲角度对板翅式换热器换热性能的影响,为利用LNG冷能的板翅式换热器的优化设计提供参考和借鉴。结果表明:翅片波形是梯形时的换热性能大约是翅片波形是三角形的1.8倍,LNG进口速度越大,换热性能越好,随着梯形弯曲角度的增加,换热器具有更加优越的换热性能,弯曲角度为30°翅片的换热性能大约是15°的1.6倍。     

综合性能优化在板翅式换热器设计中的应用

采用综合性能优化设计方法,运用计算机语言编制程序,以单位传热量的可用能损失率最小为目标函数,寻求流动参数的最佳值,利用换热器两侧流动换热过程的流动与换热的准则关系式,在设定挟热热流密度和选定换热器某个结构尺寸的基础上,采用迭代的方式完成燃气．空气单侧翅片的板翅式换热单元的结构参数、流动参数与换热性能的优化设计。     

板翅换热器导流结构非线性映射与性能多目标优化

板翅式换热器入口位置纵向方向上的流体分布不均匀问题影响不同层之间流体传热。目前已有的导流结构采用试验方式确定部分参数,缺乏对导流结构参数优化。本文提出板翅换热器导流结构多目标优化分析方法,分别考虑导流结构中孔径、孔数、流体流速、板翅式换热器入口直径、导流结构在换热器入口处的位置、孔的间距等影响换热器入口处流体均匀分布的因素,构建导流结构压强与单位时间换热量的多目标优化数学模型。采用正交试验方法选择不同参数组合建立仿真试验模型,根据试验结果推导导流结构非线性映射方程,以BP神经网络与遗传算法相结合的方式对导流结构尺寸进行优化分析,得到导流结构多目标优化结果。采用Fluent数值模拟板翅式换热器导流结构参数优化前后流体均匀分布情况,通过对比无导流结构板翅换热器可以看出,对导流结构进行优化可以明显改善流体在换热器各层流道中的流动均匀性,提高换热量,强化换热器的传热性能。     

板翅式换热器翅片通道中流体流动与传热的计算流体力学模拟

针对平直形和锯齿形两种不同翅片类型,利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对板翅式换热器的微小通道进行了模拟,得出了通道中流体的流动与传热特性.计算结果表明,在相同情况下,平直形和锯齿形翅片中冷热流体的局部传热系数的最大值都出现在入口处;在锯齿形翅片的相邻2个锯齿的交错面上,流体的局部传热系数和压力存在突变,流体的边界层厚度要薄于在平直形翅片中的厚度,流体的局部换热系数要和压损大于其在平直形翅片中的值.     

一种新型板翅式换热器气液分配器分配特性的敏感性分析

两相流动分配不均是影响板翅式换热器换热效率的主要因素。传统的"先混合,后分配"方法不能解决在导流翅片中流向突变时气液分离引起的气液两相流体分配不均问题,因此采用"先分配,后混合"的理念提出了一种新型的气液分配器,气体和液体分别从各自的通道进入分配器,在分配器内均匀混合后进入换热器的翅片换热通道进行换热。通过对分配器内部流场的数值模拟,发现:分配器的气液分配不均匀度随流量的增加而增加,且不均匀度受液相流量的影响比气相大。该气液分配器的气液分配不均匀度相比传统封头结构降低了一个数量级,能够有效改善板翅式换热器层间通道的气液分配特性,提高板翅式换热器的换热效率。     

平直开缝翅片和波纹翅片管换热器换热特性的数值模拟

采用FLUENT数值模拟方法,研究了平直翅片、平直开缝翅片、正弦波纹翅片和均匀倾角波纹翅片4种形式的翅片管换热器的空气侧流动和传热特性。分析出2种不同的波纹形式以及翅片开缝对翅片管换热器换热特性的影响。改变进口风速,在不同雷诺数的工况下,得到4种换热器的换热量Q、努塞尔数Nu、压降△P以及阻力因子f等与进口风速u和雷诺数Re的关系。结果表明进口风速增大,雷诺数增加,可显著提高换热器换热量,然而同样带来更多的阻力损失。翅片开缝对传热能力有明显的提升作用,波纹翅片在提高换热效率的同时阻力损失增加较小。     

液体黏度变化对翅片表面性能影响的数值研究

为了研究液体黏度随温度变化对板翅式换热器翅片表面性能的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法对平直翅片和锯齿翅片在不同壁温条件下的层流(20相似文献   

板翅式换热器导流片结构参数对其导流性能的影响

由于板翅式换热器结构的复杂性,存在着内部流动速度分布的不均匀性,从而引起其换热效率下降,影响了换热器的整体效能.引起流动速度分布不均匀的因素是多方面的,针对不同导流片结构参数（h/H）对导流片导流性能的影响进行了深入研究,发现导流片结构参数对换热器内部流动速度分布不均匀性的影响主要表现在总管流动方向上,通过改变板翅式换热器导流片的结构参数可有效地改善换热器内部物流在总管流动方向上的分配情况,从而有效地改善换热器内部流动速度的分布.研究结果对板翅式换热器的优化设计具有重要意义.     

基于热-应力耦合场有限元分析的钎焊板翅结构性能研究

采用有限元分析中的热-应力(Thermal-Structure)耦合场分析法,对不锈钢板翅式换热器高温运行工况产生的热应力与热变形展开研究。建立板翅式换热结构单元二维模型,对高温流体换热工况进行数值模拟计算,并将计算结果作为初始条件导入结构分析中。考虑钎焊材料与母材的差异和焊缝结构的影响,确定了最大应力的位置和数值,并分析不同工况下翅片结构的应力、应变的影响因素。     

波纹翅片板翅式换热器换热与阻力性能

为研究翅片结构对波纹翅片板翅式换热器换热与阻力性能的影响规律，在模化实验验证的基础上，对21种波纹翅片的性能进行数值模拟。结果表明：翅高h≤10 mm时，其对换热与阻力性能影响较小；翅高h>10 mm时，随h增大，换热性能先提高(Re=1 500、5 000时分别提高3.54%、5.98%)后降低(Re=1 500、5 000时分别降低4.2%、5.95%),阻力性能先降低(Re=1 500、5 000时分别降低2.83%、5.65%)后提高(Re=1 500、5 000时分别提高2.99%、3.98%)。随翅片间距s增大，换热性能在低雷诺数时降低(Re=1 500时降低16.02%),在高雷诺数时提高(Re=5 000时提高6.83%),阻力性能降低(Re=1 500、5 000时分别降低151.6%、73.87%)。随翅片振幅2A增大，换热性能提高(Re=1 500、5 000时分别提高49.29%、34.43%),阻力性能降低(Re=1 500、5 000时分别降低201.18%、146.2%)。随波长L增大，换热性能降低(Re=1 500、5 000时分别降低45.92%...     

纵荡对板翅式换热器通道内液化天然气流动沸腾换热特性的影响分析

海上纵荡工况下,板翅式换热器通道内两相流体相变流动特性会发生变化,从而影响换热器性能。为了明确纵荡对换热特性的影响机理,建立了纵荡工况下板翅式换热器通道内两相流动沸腾换热性能预测模型。首先对板翅式换热器内流型变化和传热传质机理进行分析,建立了陆基非晃荡工况下的流动与传热过程的数值模型;然后将纵荡加速度模型嵌入模型中,从而实现晃荡工况下换热特性的模拟;通过陆基工况下的实验数据对模型进行了验证。基于建立的模型,分析了不同干度下纵荡幅度和纵荡频率对传热性能的影响。结果显示：纵荡幅度增大,传热系数增大;纵荡频率提高,传热系数降低;随着干度的增大,纵荡对换热的影响逐渐由恶化变为加强;在0.2～0.8干度之间,纵荡对传热系数的影响因子范围为87.9%～110.0%;晃荡对传热系数时均值影响随工况不同而变化,最大恶化5.0%,最大强化2.0%。     

板翅式换热器数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了板翅式换热器的流体流动与传热性能,得出了七种不同高度、厚度和翅片间距大小的翅片流道中流体平均Nu数和压力降随Re数变化的曲线.     

紧凑式换热器开孔翅片流动传热特性分析

对锯齿翅片和波纹翅片的不同开孔方式建立了多种三维模型,结合数值仿真方法和已有经验公式,分析开孔翅片的流动传热特性,研究翅片开孔的强化传热机理,比较不同开孔方式对流场和温度场的影响,并通过已有的实验拟合公式对仿真结果进行校验。结果表明,对锯齿形翅片,不同开孔参数对流动、散热都有不同的影响。当孔径达到一定范围后,再增加开孔尺寸并不能显著提高换热性能,却仍会导致流动阻力大大增加。对波纹形翅片,不同的开孔位置也会对空气侧流动阻力和传热性能产生显著影响。开孔位于波纹顶峰的翅片比开孔位于波纹腰部的翅片传热性能大约提高1.1%～3.8%,而空气侧压降增加了5.8%～16%。     

石油化工用铝制板翘式换热器国内外制造水平的比较

板翅式换热器承压能力取决于翅片的结构和材料，由于无法直接计算，只能按ＡＳＭＥ的规定采用爆破试验来验证其承压能力。例举了杭氧所使用的估算公式，阐述了温度对设计计算的影响。对国外化工用铝制板翅式换热器进行了举例，说明许多国外低温板翅式换热器用常温指标考核以及部分中，高压板翅式换热器在常温时不符合ＡＳＭＥ要求的实际情况。杭氧目前按ＡＳＭＥ规范生产的板翅式换热器最高压力为７．５ＭＰａ，超过了８０年代的国际