翅片结构对双向开缝翅片管换热器性能的影响

为了获得翅片结构对双向开缝翅片管换热器传热与阻力性能的影响规律,对不同翅片间距P_f和开缝高度S_h的双向开缝翅片管换热器进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了模化试验验证。结果表明：当R_e<7200时,增大P_f会提高双向开缝翅片管换热器的传热与阻力性能;当R_e>7200时,减小P_f会提高其传热性能,降低其阻力性能;随着S_h的增加,双向开缝翅片管换热器的传热性能先降低后提高,阻力性能先提高后降低;对于不同翅片结构的5种双向开缝翅片管换热器,P_f越大,综合流动传热性能越高,但实际换热面积会减小,需综合考虑;在R_e=2734~6712范围内数值模拟与试验结果吻合较好,数值模拟能较准确地反映双向开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。研究成果可为双向开缝翅片管换热器的结构与性能优化提供依据。     

热管蒸发器烟气侧换热性能数值分析

针对热管蒸发器内烟气侧的流动和传热问题,建立三维几何模型,采用数值模拟的方法研究了不同雷诺数下翅片螺距、翅片高度、管间距等因素对螺旋翅片管束传热和阻力特性的影响。结果表明:在研究范围内,随着翅片螺距的增大,螺旋翅片管的传热性能增强;随着翅片高度和管间距的增加,螺旋翅片管的传热性能减弱。随着翅片高度的增加,螺旋翅片管的阻力增大,随着翅片螺距和管间距的增大,螺旋翅片管的阻力性能减弱。研究发现,在所选用的翅片尺寸范围内,当螺距为10 mm、翅片高度为5 mm、管间距为55 mm时综合换热性能最佳。     

球凸板对磁场中导电流体自由表面流动的传热强化

在许多工业应用和能源工程的磁流体流动传热中,外部磁场抑制导电流体的湍流脉动,降低了其对流传热系数。基于涡流发生的球凸板是一种高效的强化换热手段,其主要特点是传热强度大、流动阻力小、综合传热性能高,本文数值研究了利用球凸板强化磁场中导电流体自由表面流动换热的性能。计算采用磁场作用下的修正湍流模型和诱导磁场方程,并利用标量输运方程的求解器对它们进行求解。结果表明,在中等Hartmann数(30～70)下,球凸板的换热增强因子达到1.3～2.3,而阻力损失仅为光滑平板的1.34～1.45倍。在获得较高强化传热效果的同时,球凸板的阻力损失增加相对较小,因而获得了较高的综合传热性能。     

三种翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察大管径下不同翅片形式对空气侧强化传热的影响,对6排平直,开缝、纵向涡翅片管换热器空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究,发现开缝翅片的传热性能高于纵向涡翅片和平直翅片,但相应阻力也增加,在试验的Re数范围内整理出了传热和阻力的关联式,并分别在相同质量流量、相同压降和相同泵功三种准则下对三种换热器进行了传热与阻力的综合比较,结果表明开缝翅片综合性能高于平直翅片和纵向涡翅片.     

管束的空间排布对翅片管换热器热力性能影响的分析

对翅片管换热器热力性能(传热及流动阻力)的各影响因素进行了分析,其中作为换热器核心部分的换热管束,其空间排布(换热管排间距、管间距之间的数值关系)对换热器的热力性能有着至关重要的影响.综述了在场协同理论、等流速流动等相关理论的结合下的最新研究成果.并通过概述翅片管换热器研究中管束对传热及流动阻力影响的国内外研究现状,分析了在不同翅片及基管类型结构尺寸下,管束对换热器热力性能影响的规律,并在此基础上对管束排列形式的研究前景进行了展望.     

翅片结构对双向开缝翅片管换热器性能的影响

为了获得翅片结构对双向开缝翅片管换热器传热与阻力性能的影响规律,对不同翅片间距Pf和开缝高度Sh的双向开缝翅片管换热器进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了模化试验验证。结果表明:当Re7200时,增大Pf会提高双向开缝翅片管换热器的传热与阻力性能;当Re7200时,减小Pf会提高其传热性能,降低其阻力性能;随着Sh的增加,双向开缝翅片管换热器的传热性能先降低后提高,阻力性能先提高后降低;对于不同翅片结构的5种双向开缝翅片管换热器,Pf越大,综合流动传热性能越高,但实际换热面积会减小,需综合考虑;在Re=2734~6712范围内数值模拟与试验结果吻合较好,数值模拟能较准确地反映双向开缝翅片管换热器的传热与阻力特性。研究成果可为双向开缝翅片管换热器的结构与性能优化提供依据。     

翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束性能的影响

为了提高平齿型翅片管的强化传热效果,通过改变其锯齿的扭转方向和偏折角度得到了折齿型螺旋翅片管。利用数值模拟和模化试验相结合的方法对基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束进行研究,得到了翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束的换热与阻力性能的影响规律和最优翅片螺距。结果表明:翅片螺距P_f在3.63~8.47 mm范围内,空气侧Nusselt数Nu随P_f增大呈先递增后递减的趋势;当P_f大于6.35 mm时,翅片螺距增大对Nu的影响相对已不明显;空气侧Euler数Eu随P_f增大而减小。对于基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束,P_f为6.35 mm时其性能指标Nu·f ^-1/3均最大,因此P_f=6.35 mm是最优翅片螺距。     

空气在立式花瓣管外螺旋流动传热与流阻性能研究

试验研究了空气在5种管径相同、不同翅片高度和翅片间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热和流阻性能,分析出在试验范围内:花瓣管翅片高度相同时存在一最适宜翅片间距,使其传热性能最优;花瓣管翅片间距相同,翅片越高,其传热性能越好,而流动阻力损失也越大;管外系统压力越高,换热效果越好,且不会增加其流动阻力,这可为设计高效立式螺旋隔板花瓣管换热器提供参考依据。     

螺旋隔板三维翅片管传热实验研究与数值模拟

文章对冷却水在换热器管程流动并与壳程的热油逆流换热条件下,对螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,并与光滑管进行了对比。在相同壳程Reynolds数下,三维翅片管的壳程Nusselt数是光滑管的2.2—2.9倍,而压降是光滑管的2.3倍左右。采用计算流体力学软件F luent 6.0对螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器进行了数值模拟。结果表明,螺旋流条件下光滑管表面速度矢量均匀、稳定,而三维翅片表面的速度矢量因翅片激发流体而产生湍动和不规则的二次流,从而强化了流体的对流传热。对于螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程Nusselt数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.3%和9.8%。     

波纹内翅片管的管内对流换热特性研究

通过实验研究了波纹形内翅片换热管的对流换热和阻力特性,拟合了所测Re范围内对流换热和阻力实验关联式,并运用相同质量流量、相同泵功率、相同阻力降这三种准则比较了该翅片管与普通光管之间的传热效果。结果表明,这种波纹形内翅片管有较强的换热效果,特别是在低Re条件下,强化效果更加明显。     

立式花瓣管外空气螺旋流动传热及流阻性能研究

螺旋隔板花瓣管换热器具有优异的换热性能,但由于目前基础数据不足,螺旋隔板花瓣管换热器的应用还未能普及,研究花瓣管几何结构参数对换热过程的影响规律及传热机理,可为该类型换热器提供设计依据.今在实验中通过采用空气在缠绕金属螺旋片的换热管外套管环隙中的换热来模拟螺旋隔板换热器的换热过程,研究了空气在缠绕螺旋片的立式光滑管和不同翅片高度与间距的立式花瓣管外螺旋流动的传热与流阻性能,分析了花瓣管翅片高度和间距等主要几何结构参数以及管外空气流速对传热与流阻性能的影响.实验结果表明:翅片高1.5mm、间距1.0mm的花瓣管具有最佳的传热性能,花瓣管外空气对流换热系数是光滑管的1.48～3.24倍;在实验范围内,随着空气流速的增加,花瓣管外空气对流换热系数与流动阻力也相应增加,但综合换热性能下降并在空气流速为36.0～42.2m·s-1时达到最低值.     

H型翅片管在高含尘烟气中的换热特性试验研究

利用水泥窑窑尾余热资源,对H型翅片管在高浓度烟尘环境中的换热特性进行了试验。结果表明, H型翅片管束在含尘量大的烟气中换热性能较光滑管优越,但阻力性能影响比较大。     

新型纵向流一体式翅片管换热性能数值模拟

为达到提高壳侧传热系数的同时又具有较低的压力损失的目的,提出了新型纵向流一体式翅片管。针对翅片与管壁夹角的变化影响传热效率的问题,根据有无翅片、翅片夹角的不同、翅片种类的不同,利用计算流体力学(CFD)软件建立了7种周期性单元流道,并对壳侧流场和传热场进行了三维数值模拟,分析了不同流速的介质在流道中的扰动、压降及温度变化。模拟结果表明,在所有的翅片管中翅片夹角为105°翅片管的换热系数最高,翅片夹角为105°翅片管换热系数约为光管的1.4—1.6倍,压降仅为横向掠过的圆形翅片管的0.018—0.15倍。翅片夹角为105°时,翅片管综合性能较优,对烟气换热器应用提出了数值保障。     

湿烟气工况下齿形螺旋翅片管束的性能研究

换热器烟气侧自身结构参数和外界条件是影响换热器换热及阻力特性的主要因素，采用数值模拟和实验方法研究了翅片螺距及烟气含水量对齿形螺旋翅片管束换热及阻力特性的影响。结果表明，在翅片螺距3.63～8.47 mm范围内，烟气侧 Nu随着翅片螺距的增大而增大，在不同入口烟温下，相对于3.63 mm翅片管，5.08 mm和8.47 mm翅片管 Nu分别增大3%~6%和9%~14%， Eu随着翅片螺距的增大而减小，相对于3.63 mm翅片管，5.08 mm和8.47 mm翅片管 Eu分别减小30%和50%左右；烟气含水量的适当增大，有利于提高齿形翅片管束的换热及阻力特性。     

圆弧形组合开缝翅片三维数值模拟

用数值模拟的方法对翅片管换热器中一种新型圆弧形组合翅片的传热特性进行了数值模拟,结果表明:在翅片后半部开缝与在翅片前半部开缝相比,换热性能增加7%左右,但阻力降不明显。     

三种内翅片管管内流动与换热特性

在恒热流边界条件下,对以空气为工质的分别带有3种不同纵向内翅片换热管的流动与换热特性进行了实验研究,实验管带有堵塞芯管.3种不同的纵向内翅片为：平直翅片、带有突起的翅片以及波纹形翅片.得出了所测参数范围内的换热与阻力的实验关系式.采用两种不同的标准对所测3根换热管的综合换热性能进行了评价,结果表明,带有波纹形内翅片的换热管在两种评价标准下均表现出了优异的综合换热性能.     

双开缝翅片空气侧换热和流动特性的数值模拟

利用数值耦合传热计算方法研究了四排管双开缝翅片管式换热器的传热特性和阻力特性,获得翅片附近空气的速度场和温度场,分析了开缝对翅片管换热器换热性能的影响。并针对翅片间距和开缝高度对翅片管换热性能的影响进行了数值模拟分析,得到了开缝高度和翅片间距针对换热系数的最佳组合。     

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%。     

T型翅片管管外沸腾强化传热的数值模拟研究

利用计算流体力学软件Fluent,对T型翅片管和光滑管管外沸腾强化传热进行了数值模拟研究。结合T型翅片管的结构特点,分析了该换热管的沸腾强化传热机理。在所研究的范围内,T型翅片管管外沸腾传热系数最大时高于光滑管23.2%,强化传热效果明显。同时,综合评价了T型翅片管强化传热和增加压降的性能。研究结果表明,其强化传热综合性能评价因子在不同流速下均大于1,说明T型翅片管有较好的强化传热效果。     

不同结构型式纵翅片管综合换热性能的数值模拟

在能源日益匮乏的今天,对低温热能的回收也逐渐成为热点.纵翅片换热器作为中低温烟气余热回收设备的核心部件,其中的平板式纵翅片管能有效解决翅片积灰、结垢问题,但却存在换热能力不理想而使得使用受到限制.本工作对传统平板纵翅片管进行结构改进,强化管外翅片与管外流体的换热效果,并分别采用j/f、j/f^1/2和j/f^1/3作为综合性能评价指标,分析研究4种不同结构型式纵翅片管的综合换热性能.结果表明:百叶窗式纵翅片管的换热性能要比普通平板式纵翅片管高90%以上,然而压降也是最大.通过评价指标可以看到在相同压降和相同泵功条件下,百叶窗式翅片管的综合性能要优于其他.通过实验研究,得到的测试结果与模拟结果相符,相对误差的平均值约为15%.研究成果为纵翅片结构优化提供了理论基础.