螺旋椭圆扁管强化传热研究

在设计的油 水换热实验台上,对4种不同结构的螺旋椭圆扁管和2种尺寸的直椭圆管套管式换热器进行了实验研究,归纳出了管内换热及阻力公式,对4种螺旋椭圆扁管的传热和阻力性能进行了比较分析,证明螺旋椭圆扁管是1种很有应用前景的换热元件,特别是对高Pr(如各种油品)在低Re运行时层流或过渡流效果良好。     

螺旋扁管的换热性能研究

以雷诺数小于1000的流体为研究对象进行模拟研究,比较螺旋扁管和螺旋椭圆扁管之间的差别,同时分析2种管横截面的场协同角,并与直扁管和直椭圆扁管进行对比。结果认为,2种螺旋管壁面努赛尔数随雷诺数的增大而增大,变化趋势逐渐减缓;2种螺旋管的综合性能评价因子随雷诺数的增大而增大,且螺旋扁管的要高于螺旋椭圆扁管,在此工况下应选用螺旋扁管。自支撑结构的螺旋管,在相同雷诺数下,螺旋椭圆扁管的压力损失小于螺旋扁管,但其传热性能却不如螺旋扁管。     

扭曲管管内强化传热模拟分析

为了研究扭曲管管内强化传热表现,通过建立不同结构形式的扭曲管和椭圆管物理模型,利用数值模拟的方法对扭曲管及相应的椭圆管传热传质表现进行了对比分析。研究了扭曲管和椭圆管管内流体N_u、△P和η在Re为200～20 000范围内的变化情况,并分析了结构形式对扭曲管传热表现的影响。结果显示扭曲管可以很好地加剧管内流体湍流、强化管内传热,特别适用于管内流体在低Re数范围内的传热。扭曲比对扭曲管传热有重要影响,当扭曲比S/d_(ei)在15到25的时候,其传热表现最好。     

高温熔盐在螺旋槽管内流动与传热的数值模拟

利用Fluent软件对高温三元熔盐在4种不同槽深螺旋槽管内流动传热进行了三维模拟,揭示了高温熔盐在螺旋槽管内强化传热的机理,分析了槽深、雷诺数Re对螺旋槽管传热性能的影响,并进一步对阻力性能进行研究。采用有限容积法对连续性方程、动量方程和能量方程进行离散,采用标准κ-ε湍流模型,用Simple算法求解压力和速度耦合关系。研究结果表明,螺旋槽管3的管内传热努塞尔数Nu模拟值与试验值随Re的变化趋势一致,最大误差为13.5%,且试验值均比模拟值大;在相同的Re下,管内Nu和阻力系数f随着槽深的增加而增加,传热强化效果越好,阻力损失也越大。     

波节管管内流动和传热的数值模拟

利用数值模拟方法并结合场协同理论,考察了工业上4种常用规格波节管的管内流动及传热性能,指出了不同的雷诺数Re以及结构尺寸对波节管强化传热性能的影响.结果表明,在湍流范围内,这4种波节管的强化传热倍数分别可以达到相同条件下直管的1.85～2.4倍、1.55～3.0倍、1.61～3.3倍和1.85～2.4倍,且最佳强化效果均出现在Re=10 000附近.     

强化传热管管内湍流运动的数值模拟和比较

通过fluent软件对横纹管、波节管、波纹管、缩放管这4种常用的传热管,进行了管内湍流运动的数值模拟,从微观上说明了4种传热管的强化传热机理,并对其流动努塞尔系数Nu、压降△p及综合性能参数η进行了比较,说明在低Re下缩放管的综合性能最好,在高Re下横纹管的综合性能最好。     

斜针翅管套管换热器壳程传热与压降的数值模拟

以水-柴油换热为对象,对直针翅管和斜针翅管套管换热器的壳程传热与压降性能进行了实验研究与数值模拟。采用Fluent软件模拟了柴油在直针翅管和斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的流场、温度场以及传热与压降性能。结果表明,在相同流动条件下,直针翅管与光管套管换热器的总传热系数K的比值模拟值与实验值吻合较好。同时分析了斜针翅管纵向流流动特性,压降低于直针翅管换热器,强化传热为光管的1.5～2倍,并设计应用于炼油换热器中。     

扁管管内流动与传热的三维数值模拟

通过数值计算考察了几种扁管和普通圆管的管内流动与传热性能。计算时采用标准k-ε模型。结果表明,在换热管入口质量流量相同且壁面温度恒定时,扁管的表面传热系数和进出口温差均高于圆管,说明扁管是一种强化传热元件。扁管的压降比普通圆管的高,所以实际应用中应综合考虑流量大小和扁管的承压能力。     

高效螺纹管结构优化数值模拟

现有文献大多研究管内单向螺纹管的结构参数对其传热性能及流阻的影响,鲜有报道关于交叉螺纹管的研究。鉴于此,通过数值模拟的方法在雷诺数3 000～40 000范围内,对比分析了18种高效螺纹管的传热性能受螺纹深度、螺旋角度和螺纹间距的影响。分析结果显示:高效螺纹管由于交叉螺旋线使得壁面产生一定的宏观变形,进而产生一个持续的湍流导致边界层减薄,管内螺旋线并没有使管内流体产生旋转流动,管内平均ηu(切向分速度与初始速度的比值)几乎为0; 6#管(螺旋角度为25°,螺纹深度为1. 0 mm)的强化效果最好,但流阻系数也随着雷诺数的增大而变大;高效螺纹管螺旋角的最佳范围在20°～30°,在此区间内较小的螺纹深度会得到较大的努塞尔数。研究结果可为高效螺纹管的结构设计及制造提供参考。     

竹节强化传热管综合性能数值研究

基于无源强化传热理论,提出一种新型竹节强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同突起间隔及突起高度时管内流体的传热及阻力降性能,并与光管进行了对比。结果表明,管壁面的扩张与收缩引起流线的弯曲,并造成近壁面流体对壁面的冲刷,产生流体分离,促进核心流体与边界层流体的混合,减薄层流底层,强化了对流传热,同时增大了换热面积;由于管内流体流线的反复变化,流体的阻力降显著增加。对比结果表明,该新型竹节管较光管的综合性能有所提高;数值结果显示出强化管内部流体的速度分布及温度分布细观信息,为强化管的理论分析提供了依据。     

含扭曲片乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

 基于网格生成法，采用计算流体力学对含扭曲片的乙烯裂解炉管内强化传热的流场(流速、压降和阻力损失)进行了数值模拟，并分析了扭曲片扭曲比对流场的影响。结果表明流体流经扭曲片，切向速度迅速增大；流出构件后，切向流速沿轴向逐渐变小，而沿径向逐渐增大。在管径方向存在一个轴向速度等于整个截面平均轴向速度的点。管内总压降及扭曲片局部压降均随雷诺数增大而增大，不随管径变化而变化。管内平均阻力系数与雷诺数呈线性关系，随雷诺数增大而变小；扭曲片局部阻力损失随雷诺数的增大而迅速增大，随管径减小而增加。扭曲比对管内流场有影响，较佳的取值范围为2.4~2.6。     

换热器内自转螺旋扭带除盐防垢研究

传热设备普遍存在不同程度的结垢而导致其传热效果下降,为实现传热管的自动清洗,进行了传热管内自转扰流元件在不同流速下的传热强化及除盐保洁技术的模拟试验研究。依据结晶动力学原理设计模拟试验方案,采用38mm×3mm×2000mm不锈钢管内通NH4Cl热饱和溶液,管外加碳钢套管通冷却水冷却,传热管内分别采用钢丝螺旋结构和塑料扭带进行试验。试验结果表明,在流体雷诺数Re不超过43000的情况下,同等试验条件时,钢丝螺旋结构和塑料扭带在达到平衡时的总传热系数分别比空管提高224%和273%,且塑料扭带除盐效果优于钢丝螺旋结构,可以实现长期连续生产。     

横摇工况下FLNG绕管式换热器降膜流动换热数值模拟研究

绕管式换热器作为浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)的主低温换热器,研究其在海况条件下换热性能的变化对提高FLNG在海洋环境运行时的综合性能具有重要意义。本文以绕管式换热器内换热管的管外降膜流动换热过程为研究对象,建立了圆管与椭圆截面正弦波管管外降膜流动换热模型,分析对比了水平静止和横摇工况下2种换热管的周向局部换热系数和平均换热系数。研究结果表明,在水平静止状态下,椭圆截面正弦波管的换热能力高于圆管。在横摇运动状态下,横摇最大倾斜角对椭圆截面正弦波管换热性能最恶劣时刻的周向局部换热系数影响较小,横摇周期对其几乎无影响;横摇时间、最大倾斜角和周期对圆管与椭圆截面正弦波管周向平均换热系数均无影响。对比分析表明,椭圆截面的抗晃荡能力稍逊于圆管,但晃荡工况下其换热性能仍高于圆管。本文研究结果对绕管式换热器的设计与性能优化具有一定参考价值。     

正弦型波纹换热管传热特性实验研究

为满足高效换热器的开发研制需要, 在波纹管的基础上, 改进其表面形状, 提出了正弦型波纹换热管, 并采用套管式传热实验台, 在较低雷诺数 (1 800相似文献   

波纹管结构参数对传热性能影响

分别以不同规格的波纹管为模型,应用FLUENT软件对湍流流动状态下波纹管内的传热进行模拟,分析了流体流动状态和波纹管几何结构参数对传热系数的影响。结果表明,波纹管的壁面平均传热系数随着入口雷诺数的增加而增大;与光滑管相比,在低雷诺数的情况下,波纹管传热强化效率随雷诺数的增大而增大,而随着雷诺数的进一步提高,波纹管的强化传热效果逐步减弱;当波纹管的外径与内径的比值在1.25~1.40时,其传热强化效果最好。     

纵向翅片管管外换热与阻力特性的实验研究

换热器管外强化传热技术主要是对光管合理肋化 ,即在光管上敷设一定形状的翅片进行强化换热 ,翅片对扩大换热面积和改善流体的流动状态均有较显著的作用。但纵向翅片管却依赖进口。为此 ,采用修正的威尔逊修正图解法 ,利用稳定工况下测得的实验数据 ,研究了焊接式纵向翅片管换热器翅片侧的传热特性和阻力特性 ,并与同规格光管换热器做了对比 ,得到了在一定物性和流态下该种换热器的换热及阻力准则关系式。在相同的Re情况下 ,纵向翅片管换热器传热系数K值明显高于光管换热器 ;在Re值较低的情况下 ,翅片管外翅片的强化传热效果更好 ;与有折流板的光管换热器相比 ,纵向翅片管换热器壳程压力损失较小     

波纹管管内流动规律与数值模拟研究

鉴于国内外对波纹管换热器的流动和传热特性局限在实验研究和理论研究的现状,提出采用数值模拟方法对换热管管内流场和温度场进行研究。采用有限体积法对控制方程组进行离散化,应用二阶迎风离散对流项,应用SIMPLE算法进行压力修正。结果表明,在相同当量直径和雷诺数条件下波纹管比光管具有更好的传热作用和协同作用;波纹管的尺寸参数φ对其强化传热具有显著影响;由于波纹管在其波峰、波谷处产生二次涡流破坏与扰动边界层,其在较低的雷诺数下就能提前达到湍流流动,所以波纹管具有节能和防垢作用。     

波纹管内流动与传热三维数值模拟

应用三维变物性层流模型及低雷诺数湍流模型分别对波纹管及光管管内流动与传热性能进行了模拟研究,并通过实验结果进行了验证。数值模拟表明,所研究的波纹管内层流向湍流过渡的雷诺数范围为600～800,波纹管的波纹起伏使得管内的流动变得复杂,产生了有利于传热强化的二次涡流。在低雷诺数下波纹管的综合传热性能不及光管,而在高雷诺数下。波纹管综合传热性能逐渐得到改善。通过数值计算获得了波纹管最优波纹高度参数为ε=1.16。