三个关键几何参数对人字形波纹钎焊板式换热器换热性能影响的分析

以水-水热交换器为例,以CFD模拟软件为手段,以κ-ε模型为基础构建人字形波纹板式换热器模型,并系统分析波纹倾角、波纹深度、波纹间距这3个重要几何参数对换热器内部温度场、压力场、流场及平均努塞尔数和流动阻力的影响。研究结果表明,触点是板间换热效果最好的点,触点的扰流作用使流体在触点周围湍流程度最高,传热得到强化,这也是板式换热器内流体在雷诺数较低时发生湍流的主要原因;另一方面,流体经过触点后压力损失较大,是产生阻力损失的主要原因。波纹倾角是最重要的一个影响参数,最优波纹倾角在60°附近,此时换热效果较好而阻力尚未达到最大;波纹深度增加,平均努塞尔数增大,换热效果趋于好转,板间压力降也逐渐降低。但随着波纹深度的增加,结垢的倾向也会增加,因此较为合理的波纹深度应该在4～5mm之间;在给定的边界条件下,通过计算所得的波纹间距与波纹深度之比在3～4范围内时换热器性能较好。     

内翅板蒸发式冷凝器降膜流动与传热特性

为了增强蒸发式冷凝器板外气液两相流动与传热,基于数值模拟方法对比分析了几种新型的板片结构,研究了板片构型、喷淋水喷淋密度、空气入口速度等因素对气液两相流流体流动及传热性能的影响。结果表明:半圆波纹板有较长的水膜稳定时间和较大的换热面积,换热性能较好;不同板片结构的蒸发式冷凝器具有不同的最佳喷淋水喷淋密度,最佳喷淋密度区间范围为0.48~0.93 kg/(m·s);空气入口速度一定时,半圆波纹板的壁面温度随喷淋密度增大而增大,气液界面温度随喷淋密度增大而减小;当空气入口速度小于2.5 m/s时,空气入口速度的适当增大能够有效减薄半圆波纹板板外水膜厚度,强化换热。     

波纹翅片通道内液化天然气流动沸腾换热特性分析

波纹翅片广泛应用于液化天然气板翅式换热器中;为了对板翅式换热器进行优化设计,必须明确翅片通道内的流动沸腾机理。首先对波纹翅片流道中流体的流动和传热传质机理进行分析,建立了稳态工况下汽化相变模型。然后进行了不同质流密度、热流密度和干度工况下波纹翅片流道内流体流动换热过程的模拟,分析了质流密度、热流密度和干度对波纹翅片传热特性的影响,并与平直翅片进行了对比。结果显示:随着干度增大,波纹翅片换热系数呈现先上升后下降的趋势,且在0.5干度左右达到最大值;随着干度增加,质流密度的增大对换热性能的提升越来越明显,热流密度的增大对换热性能的提升越来越小;波纹翅片比平直翅片换热系数提高30%~150%,在低干度工况下波纹翅片强化传热效果更明显。     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比。结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍。最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理。     

蜂窝板换热器内部流动传热特性研究

建立了蜂窝板换热器湍流流动的物理数学模型,并应用数值分析方法模拟了蜂窝板换热器的三维流动传热过程;分析了不同雷诺数下通道内流动阻力和换热性能及其随雷诺数的变化规律,并与相同当量直径的平行平板通道的流动换热性能进行了对比.结果表明,蜂窝板换热器在换热系数提高的同时流动阻力也增大了,在雷诺数Re=3000~15000的范围内,其传热努塞尔数比平行平板增大了0.93~2.12倍,阻力系数增大了2.24~2.35倍.最后从场协同理论的角度分析了蜂窝板强化传热的机理.     

带有双弯曲肋片的细通道流动与传热的数值模拟

为了强化细通道的传热性能,设计了一种带有双弯曲肋片的细通道。采用数值模拟的方法研究双弯曲肋片对于细通道中流体的流动特性、传热特性以及综合特性的影响。分析了进口雷诺数、肋片的半径大小对于细通道热沉中的摩阻系数、努塞尔数以及综合传热因子的影响。结果表明:细通道的摩阻系数与努塞尔数随着肋片半径的增大而增大,热阻随其增大而减小;在设置的雷诺数范围内,综合性能最好的为MCDR-0.4。证明双弯曲肋片的添加可以有效地提升细通道的综合性能。     

高效水冷冷凝器的研究

与传统的冷凝器进行比较,高效冷凝器壳体内设有挡液板,强制冷凝下来的液体沿壳体内壁流动,并通过挡液板把换热管纵向进行分割,从而使换热管在整个换热过程中均能有效维持在薄液膜冷凝的高效换热工况,降低了整个换热管的平均液膜厚度。     

开槽对管内填充金属泡沫对流换热的影响

采用数值模拟方法建立计算机CPU翅片散热器相同尺寸的金属泡沫模型,研究了矩形管内插入金属泡沫后的流动和换热性能。研究表明,数值模拟结果与文献实验结果吻合较好;开槽深度对金属泡沫换热性能具有明显影响,在低雷诺数下,努塞尔数随着无因次高度H/D(开槽深度和迎风面水力直径比值)的增加而减小;在高雷诺数下,努塞尔数随着H/D的增加先增大后减小,H/D在0.146~0.438范围内,努塞尔数比不开槽金属泡沫的大。引入基于渗透率的雷诺数整理数据得到了管内填充开槽金属泡沫的强制对流换热准则方程。     

微通道蒸发器的传热性能实验研究

采用实验的手段,探究了制冷剂侧流速改变(雷诺数)对微通道蒸发器流量分配、压降、传热系数以及制冷剂侧换热特性(努塞尔数)的影响。研究表明:随着制冷剂侧流量的增加,微通道蒸发器第一流程制冷剂的流量分配变得更加均匀,进出口的压降随之增大,传热系数及制冷剂侧努塞尔数也逐渐增大,换热效果不断增强。     

带亲水层波纹翅片管换热器空气侧特性的参数影响分析

为了确定翅片间距、管排数和入口空气相对湿度等参数对析湿工况下带亲水层波纹翅片空气侧特性的影响，对7个带亲水层的波纹翅片管换热器进行了试验研究，并分别以Colbum换热因子和Fanning摩擦因子来反映空气侧换热和压降特性。结果表明，换热和摩擦因子都随着翅片间距的减小而增大。换热因子随着管排数的增加而减小，而摩擦因子受管排数的影响不显著。当入口相对湿度增大时，换热因子增大，而摩擦因子则几乎不变。入口水温越低，则入口空气相对湿度对换热因子的影响越显著。     

凹陷阵列印刷电路板式换热器里超临界甲烷换热和流动特性模拟研究

为了强化液化甲烷在印刷电路板式微通道换热器中的换热能力,提出了一种凹陷阵列的微小通道换热器整体性能提高的被动式强化技术并进行了数值模拟验证。研究了流体温度范围125—265 K范围内的超临界甲烷在凹陷阵列结构微通道内的换热和流动特性,考察了凹陷阵列微通道和光滑微通道下,流体温度、质量流量、雷诺数和进口压力对传热系数、努塞尔数、摩擦因子和综合效益系数(PEC)的影响。此外,通过凹陷结构的局部流动特性分析强化换热机理,数值模拟结果表明相较于光滑微通道,凹陷阵列微通道的换热特性得到大大强化,且随雷诺数(由质量流量或者流体温度改变)的增大而增强,而摩擦因子只是有较弱的劣化。     

百叶窗波纹翅片换热器的积灰试验研究

对百叶窗波纹翅片换热器在有灰尘的环境中加速积灰过程进行试验研究,对比5种结构参数的百叶窗波纹翅片的积灰层对风速和换热能力等参数的影响。研究结果表明,翅片密度越大,风速和换热量衰减越快。     

基于双向流固耦合技术的活塞式压力计研究

针对传统实验研究无法控制单一变量的不足,基于双向流固耦合技术,建立了1000MPa简单型活塞式压力计的三维旋转模型,研究流体介质的黏度、活塞杆弹性模量以及活塞间隙对活塞式压力计压力量值复现的影响,结果表明:流体从活塞底部入口至出口的过程中,其流体压力先是近似线性快速下降至平衡压力的30%左右,再经过小范围的压力波动,最后近似线性缓慢降压至出口压力零;活塞杆弹性模量越大,流体黏度越小,活塞间隙越小,其活塞杆收缩量就越小;活塞杆弹性模量越大,流体黏度越大,活塞间隙越小,其活塞有效面积就越大,且流体黏度增大1倍,其有效面积最大增加约1.3%,对活塞有效面积影响最大,活塞杆弹性模量增大至10倍,其有效面积最大增加不足0.04%,活塞杆弹性模量对有效面积影响最小。     

圆锥槽结构强化低压水蒸气的膜状凝结实验研究

通过在冷凝面上构造圆锥槽结构,使冷凝液膜内部形成结构梯度,利用圆锥槽内冷凝液膜产生的轴向拉普拉斯压差使冷凝液自发向圆锥槽半径减小的方向运动,实现冷凝液快速排出,从而强化低压蒸气膜状凝结。实验结果表明,冷凝流量较小时,圆锥槽内凝结液膜能快速排出,膜状凝结换热得到增强,而光滑表面由于接触角滞后造成冷凝液块钉扎在冷凝面,造成传热热阻增大,凝结换热恶化;而在较大冷凝流量下,圆锥槽表面冷凝液膜变厚,液膜内部轴向压力梯度减小,轴向输运能力减弱,光滑表面冷凝液块脱离频率增加,同时合并路径上的其他液块与液珠,加快表面更新频率,造成蒸气在光滑表面的冷凝速率略大于圆锥槽表面。     

空冷凝汽器蛇形翅片扁平管空气侧流动与换热特性研究

针对应用于电站直接空冷凝汽器的蛇形翅片扁平单排管,对其空气侧的流动及换热特性进行了数值模拟。给出了该管件基本结构的雷诺数和欧拉数随迎面风速的变化关联式;结果显示,同一迎面风速下,随着翅片间距、高度的增大,换热变差,流动变好。但当间距增加到一定程度时,风速与间距对换热流动性能的影响都变得很小。风速越大,换热性能对翅片间距、高度越敏感,而流动则相反,需根据实际工况来选择合适的翅片间距及高度。     

微通道正弦型底面结构对局部流动和传热特性的影响

为研究微通道的正弦型底面结构对流动和传热性能的影响,设计了5种正弦型底面结构的微通道,并采用数值模拟方法研究其在不同雷诺数下通道内局部流动情况和传热性能。结果表明,正弦型微通道内存在二次流;正弦型微通道内局部压力、泊肃叶数、壁面温度和努塞尔数沿着流动方向都出现波动的趋势,但后两者较平缓。在所研究的雷诺数范围(230～1 060)内,正弦型微通道平均泊肃叶数随着雷诺数增大而增大;部分正弦型结构微通道在雷诺数不大于600时,平均努塞尔数略低于光滑通道,说明传热效果有所降低;在雷诺数大于600时,所有正弦型通道的平均努塞尔数大于光滑通道,表明传热效果较好。     

测量条件对汽车板表面波纹度测量结果的影响

利用3种不同的滤波器对汽车板表面波纹度进行测量,通过与标准样板进行对比,对不同的评价长度和测试速率下的试验结果进行了比较和分析。结果表明:用2RC滤波器得到的波纹度受评价长度的影响很大,评价长度越大,波纹度越大;用指数滤波器得到的波纹度轮廓中高频分量相对较少,随着评价长度的增大,波纹度有所减小;用λc=0.8mm、高斯滤波器以及5级多项式回归得到的Wa0.8-8及Wa0.8波纹度轮廓中,含有较少的高频分量,评价长度越大,波纹度越大;在一定的速率范围内,测试速率对波纹度Wsa测量值的影响较小。     

汽气混合流凝结液膜形成机理研究

汽气混合流体凝结放热过程中凝结所形成的液膜厚度对换热效果的影响较大,因此通过探讨液膜厚度沿管壁的变化,有利于分析强化换热过程。以圆管为例,对汽气混合流体凝结所形成的液膜机理、沿管壁的分布规律及换热性能进行分析,并建立相应的物理及数学模型。通过给定初始条件进行计算,结果表明：液膜沿管壁向下流动过程中其厚度逐渐增加、换热性能逐渐降低;同时分析了管壁温度、汽气混合流体速度及管径等主要参数对液膜的形成及换热性能的影响,为强化凝结换热过程提供了理论基础。     

板式换热器板型尺寸对换热性能影响的探讨

本文介绍了板式换热器的常用板片结构和特点以及设计选用时需要考虑因素，分析了板片的波纹形式及几何参数对换热性能的影响，并通过实例对特定条件板型尺寸对板片换热性能的影响进行了分析比较。     

倾斜板表面微结构上液膜流动影响因素分析

基于VOF(Volume of Fluid)算法,对倾斜板表面微结构上液膜流动进行了数值模拟。计算结果表明微结构高度增加使液膜波动程度增大,微结构间距的增大使液膜波动程度先增大后稳定不变;表面张力影响液膜厚度和与微结构的相位差,而粘度只影响液膜厚度;倾斜版上液膜的振幅由微结构间距和流体物性共同决定,在研究范围内,随着微结构间距的增加,液膜振幅先增加后稳定不变。