低温烟气凝结换热及对天然气热效率的影响实验研究

为研究烟气露点附近及以下的低温烟气对流凝结换热规律与烟气换热对天然气利用热效率的影响,建立了烟气在翅片管换热器内对流凝结换热实验系统,研究了不同烟气温度、水蒸气含量对烟气凝结换热的影响,得出了烟气凝结换热实验准则关联式,分析对比了天然气利用热效率实验值与理论值。实验结果表明:当被加热水温度为23℃,烟气出口温度为73℃,比烟气露点53℃高20℃时已开始冷凝;过量空气系数1.3,烟温由54.1~73.4℃降到28.7~57.8℃,被加热水进口温度21~25℃的条件下,烟气中水蒸气质量含量降低了27%~76%,潜热换热占总换热51%~63%;天然气利用低热值热效率实验值比理论值高1.04%~8.74%。为低温烟气对流凝结换热规律研究与烟气余热回收利用技术开发及应用提供理论依据和数据资料。     

增压富氧煤燃烧烟气凝结换热的计算

针对含有少量水蒸气的增压富氧煤燃烧产生的烟气在竖直管内的对流凝结换热进行了分析研究.利用修正的膜模型与Nusselt凝结理论建立了换热数学模型,并对不同壁面温度、不同雷诺数和不同水蒸气份额下烟气的凝结换热进行了计算.结果表明:壁面温度升高时,烟气的凝结速率、换热流率和凝结液膜的厚度均减小;混合气体的雷诺数增大时,烟气的凝结速率和换热流率增大,凝结液膜的厚度减小;烟气中水蒸气的份额减小时,烟气的凝结速率和换热流率减小,凝结液膜的厚度减小不明显.     

椭圆钎焊与双金属轧制翅片管传热与阻力性能的试验对比

对椭圆钎焊翅片管和双金属轧制翅片管换热器的传热及阻力性能进行试验对比研究,试验得到了一系列工况下的传热数据与管外空气流动阻力数据,给出了相应的传热系数、流动阻力曲线。从总传热系数中分离出管外空气侧的对流换热系数,得到了具有一定应用价值的管外换热的计算关联式;拟合得到了管外阻力计算关联式。结果表明:椭圆钎焊翅片管比双金属轧制翅片管的传热系数约高9%,管外换热系数约高17%,且管外空气流动阻力约低11%。     

烟气冷凝器换热特性实验研究

天然气燃烧产生的烟气中含有大量的水蒸气,回收烟气中的余热可以提高天然气的热利用率。为了研究烟气冷凝器在变工况下的对流冷凝换热特性,采用湿空气模拟天然气燃烧产生的烟气,实验研究了不同水蒸气含量、冷却水进口温度和流量、湿空气进口温度和流量对冷凝器凝结水率、平均对流换热系数以及沿程温度的影响,并根据实验数据拟合了对流冷凝传热的准则关联式。结果表明：烟气进口的相对湿度和冷却水的进口温度对烟气冷凝器对流冷凝换热特性的影响最大;拟合的传热关联式与实验的误差在20%以内,为天然气烟气冷凝器的设计提供了依据。     

不同结构换热管在低温烟气中的换热特性实验研究

为了研究不同换热管型在低温烟气余热回收中的传热特性,对20 G钢基础尺寸为Φ32×3的光管、螺纹管和翅片管在低温烟气环境下进行了实验研究,通过改变烟速和烟温得出三种换热管管外的换热关联式。实验结果表明:当烟气进口温度为160℃时,速度从4.5 m/s增加到7 m/s时光管的换热系数增加了26%,螺纹管的换热系数增加了23%,翅片管的换热系数增加了36%。     

波纹板强化换热装置中带水膜饱和烟气对流传热的实验研究

为了探讨糖厂的烟气水膜除尘耦合换热技术实施的可行性,建立了带水膜湿烟气与空气之间的换热实验装置,进行带水膜湿烟气的对流传热实验研究。在该换热装置中,烟气在矩形通道中流动并喷入雾化热水,通过换热面加热另一侧的空气,同时,在烟气侧通道安装波纹板强化单元,以强化热质传递。实验确定最佳液气比,通过改变波纹板峰高、波纹段高、段数及烟气流速,研究带水膜饱和烟气的对流传热系数。结果表明:饱和烟气对空气的换热量显著;最佳液气比为3.3~4.2 L/m~3;烟气流速和波纹板添加段数的增加显著增大对流传热系数。回归了最佳液气比下的传热准则关联式。     

金属泡沫平板结构内对流换热的数值研究

基于Brinkman-Darcy模型和两方程模型,本文对流体在金属泡沫平板通道内的强制对流换热进行了自编程数值模拟,采用体积平均法对流体在金属泡沫内的流动和换热进行宏观处理。模拟结果表明：流体主流速度随孔密度增大而减小,随孔隙率增大而增大;流体相和固体相之间的局部对流换热系数随孔隙率和孔密度增加而增加,金属泡沫对流换热性能随孔隙率增大而减小,随孔密度增大而增大。金属泡沫强化换热的效果十分明显,可以应用于需要强化换热的紧凑式换热器和散热器。     

锯齿螺旋翅片管束换热和阻力特性关联式的比较

首先,对已有的锯齿螺旋翅片管换热与阻力特性关联式进行了整理与总结,继而通过对12个锯齿螺旋翅片管束进行风洞实验,比较和验证了相关的换热与阻力特性关联式。结果表明:(1)不同研究者所提出关联式的预测结果相差较大;(2)Weierman1976、ESCOA1979及Chen1998关联式的预测结果与实验结果相符较好,偏差均在20%以内,其中ESCOA1979关联式与实验结果相符最好,偏差在10%以内;(3)相同条件下与连续螺旋翅片管关联式预测结果相比,锯齿螺旋翅片管翅侧换热增大较多,而阻力变化不大。     

螺旋槽管凝结换热器的研究与应用

通过对螺旋槽管凝结换热器的试验研究,得到了螺旋槽管涉及相变时管内对流换热、管外凝结换热准则关联式以及管内流动阻力关联式,并依据试验结果,将螺旋槽管应用于电站凝结换热器,取得了满意的效果。     

电机冷却用翅管换热器传热和阻力特性研究

研究了一种电机冷却用新型翅片开孔结构换热器的性能,对三种结构的翅片管换热器进行了换热和阻力性能测试,新型翅片换热器结构为翅片间距2.1 mm且翅片上具有开孔结构,对照组换热器分别为翅片间距2.1 mm无开孔换热器和翅片间距2.3 mm无开孔换热器。试验结果表明,相同Re数下,该种具有开孔结构换热器在所有换热器中换热性能最好,较2.1 mm无孔提升38%～39%,但同时压降损失也最大,较2.1 mm无孔提升41.9%～42.9%。采用j/f评价综合性能,结果显示,Re>6700时,新型翅片换热器性能优于同翅片间距无开孔换热器。文章还对这三种结构翅片管换热器进行了传热和阻力关联式拟合,可为相关理论研究和工程选用提供参考。     

铸铁锅炉烟气流通通道内流动与换热特性的实验研究

介绍了对铸铁锅炉烟气流通通道内烟气流动与换热特性进行的实验研究和得到的烟气阻力和对流换热系数的实验关联式。     

锅炉尾部烟气对流冷凝换热器结构优选分析

在分析比较了气体纯对流换热强化方式、纯净蒸汽凝结换热强化方式基础上,结合含不凝性气体蒸汽冷凝换热机理及纯净蒸汽凝结换热机理与气体纯对流换热机理的差异,对已有各类换热器结构自身在强化含不凝性气体蒸汽凝结换热程度进行了分析,得出了既能强化锅炉尾部烟气对流冷凝换热又能高效回收凝结水分的错列布置垂直光管管外凝结换热器与带有波纹槽道的板式换热器2种优选结构,进一步给出了根据烟气灰尘浓度高低选取2种冷凝换热器的原则。     

高频焊接与激光焊接翅片管传热性能对比试验

对高频焊接与激光焊接翅片管的传热性能进行对比试验,得到了两个试件在不同管外空气流速下的传热数据,运用直接分离法将管外空气侧对流换热系数从总的传热系数中分离,获取管外空气侧换热系数,再通过拟合方法获得管外空气侧换热关联式。研究表明:激光焊接翅片管的传热性能优于高频焊接翅片管,当空气流速为3m/s时,激光焊接翅片管的管外空气换热系数比同翅片尺寸的高频焊接翅片管的管外换热系数约高9%。     

水平小管内R290的凝结换热特性实验

以管内径为4 mm的水平光滑铜管,质量流速100～250 kg/(m~2·s),热流密度5～10 kW/m~2,饱和温度分别为40、50、55℃,干度0～1,对R290(丙烷)进行凝结换热实验。结果表明:提高质量流速或增大热流密度,均可增大凝结换热系数;而饱和温度升高则会使凝结换热系数减小;此外,随着凝结过程的进行,干度逐渐降低,凝结换热系数通常也随之减小,仅在热流密度过大时出现先增后减的现象。最后,选取6种经典的凝结换热关联式计算凝结换热系数,并与实验结果对比,Cavallini关联式和Bohdal关联式的预测效果较好。     

直条缝翅片管换热器传热与流动阻力性能研究

为了解翅片间距、翅片厚度、翅片材料和基管材料对直条缝翅片管换热器的传热和流阻性能的影响,以及获得通用的换热与流动阻力计算关联式,对一种直条缝翅片管换热器进行了实验研究。通过风洞试验台共进行了7个试件的试验,试验过程中管内水的进口温度和速度保持60℃和1.5 m/s不变,进风温度保持21℃,入口风速为1.5～4.5 m/s。结果表明：在管外空气侧雷诺数Re_a为2647～8143范围内,随着翅片间距的增大,对流换热系数先增大后减小,存在一个峰值;翅片间距对阻力的影响与管外空气侧雷诺数有关,当Re_a≤5 000时翅片间距越小摩擦系数越大,当Re_a>5 000时,翅片间距越小,摩擦系数越小;翅片厚度的增加会增加对流换热系数和摩擦系数;紫铜(T2)翅片的对流换热系数高于8011铝合金(AL8011)翅片,但摩擦系数较低;T2基管的对流换热系数最高,铁白铜(B10)基管次之,316L不锈钢(316L)基管最低;不同的基管材料对摩擦系数没有影响。     

基于泡沫铜翅片换热器的烟气水分回收实验研究

搭建了以泡沫铜翅片换热器为核心的烟气水分回收实验台,研究了冷却水进口温度、烟气雷诺数及烟气中水蒸气体积分数对该换热器水回收特性和换热特性的影响,基于实验数据,利用多元回归拟合得到对流换热的关联式,其预测值与实验值误差在6%以内。结果表明：水蒸气体积分数增大可以显著提升水回收特性,而冷却水进口温度及烟气雷诺数对其影响很小;冷却水进口温度与烟气雷诺数对换热效率的影响较大,冷却水进口温度与换热效率成反比,烟气雷诺数与之成正比,而水蒸气体积分数对其影响较小;实验获得的最大冷凝水产率为7.68 kg/h,最大冷凝率为56.94%,最大换热效率为96.95%。     

基于数据辩识算法的燃气热水锅炉运行特性研究

搭建了以泡沫铜翅片换热器为核心的烟气水分回收实验台,研究了冷却水进口温度、烟气雷诺数及烟气中水蒸气体积分数对该换热器水回收特性和换热特性的影响,基于实验数据,利用多元回归拟合得到对流换热的关联式,其预测值与实验值误差在6%以内。结果表明：水蒸气体积分数增大可以显著提升水回收特性,而冷却水进口温度及烟气雷诺数对其影响很小;冷却水进口温度与烟气雷诺数对换热效率的影响较大,冷却水进口温度与换热效率成反比,烟气雷诺数与之成正比,而水蒸气体积分数对其影响较小;实验获得的最大冷凝水产率为7.68 kg/h,最大冷凝率为56.94%,最大换热效率为96.95%。     

低熔点四元硝酸盐圆管内受迫对流换热特性CSCD

为了验证经典对流换热关联式对于新型的低熔点四元硝酸盐的适用性,该文研究了不同工况下低熔点四元混合硝酸盐在套管式换热器内的受迫对流换热特性。通过套管式换热器内管中的熔盐与壳侧的导热油的换热实验,测量得到熔盐与导热油在套管式换热器实验段的进出口温度,并获得了熔盐与导热油的总传热系数。通过威尔逊分离法从总传热系数中分离得到熔盐侧的对流换热系数,从而研究圆管中熔盐的对流换热特性。结果表明:该低熔点四元盐在研究的充分发展紊流区域内,其雷诺数在1×10~4~5×10~4之间,普朗特数在4.9~15.5之间,熔盐和导热油的总换热系数在670~1300 W/(m^2·K)之间,熔盐侧的对流换热系数在2900~7800 W/(m^2·K)之间变化。根据实验数据拟合得出了低熔点四元盐在圆管中紊流段的对流换热关联式。将实验数据与经典的对流关联式比较发现,经典关联式仍然适用于低熔点四元混合硝酸盐的管内对流换热。该研究为熔融盐在太阳能热发电中的实际应用提供了参考数据。     

相变换热器烟气侧流动及传热特性的数值模拟

对壁温均匀的相变换热器换热管外烟气的流动状态与翅片管的换热过程进行数值模拟,分析烟气入口速度、翅片间距及翅片管横向间距、纵向间距对流动传热特性的影响。结果表明:随着烟气入口速度的增加,换热量和烟气流动阻力均增加;一定范围内增大翅片间距,能够强化传热性能,降低烟气流动阻力;翅片管横向间距的增大能强化传热,而纵向间距的增大会减弱传热性能,二者均能够降低烟气的流动阻力。     

径向错列翅片管内凝结对流换热数值模拟分析

采用数值模拟方法,对径向错列翅片管内含不凝结气体水蒸气的凝结对流换热及阻力特性进行了综合分析。将编写的自定义函数(UDF)导入ANSYS FLUENT软件,对新型强化管传热性能和阻力性能进行了数值模拟,并根据管长方向壁面上蒸汽质量分数的变化情况,讨论分析了凝结过程中翅片管传热性能的变化规律。分析结果表明:与光管相比,内翅片管的强化传热效果随翅数增多、翅片换热接触面积增大而更加显著;另一方面,翅片管的流动阻力相应增大,对管路换热产生不良影响。在所研究翅型范围内16翅y=2x~2型翅片管综合强化换热效果更优;此外随着换热过程的持续,蒸汽凝结逐渐放缓;入口速度增大导致水蒸气凝结不充分,对换热效果的提升有一定制约。