非对称翅片管换热器的实验及流场分析

提出设计一种新型非对称翅片管式换热器,通过对非对称式翅片管不同工况进行实验,研究其传热过程和传热效果.通过对传热系数的计算,比较其与环状翅片管管束和光管管束的传热性能.并且利用ANSYS对三种换热器进行数值模拟,分析其流场.结果表明:非对称翅片管对流体的扰动要强于环状翅片管和光管,在相同参数条件下,非对称翅片管换热器的换热效果优于环状翅片管和光管式换热器.     

LNG绕管式换热器壳程两相降膜换热的数值模拟

随着LNG的发展与应用,对绕管式换热器的需求越来越大,而绕管式换热器换热性能的优劣将严重影响着液化工艺的水平。建立了绕管式换热器壳侧两相对流换热模型,利用FLUENT软件模拟分析了不同结构参数对换热器换热性能的影响。研究发现,换热器壳侧换热系数随质量流量的增大而增大,随缠绕角和换热管间距的增大而减小,随换热管管径的增大而增大。     

不同体系对流传热膜系数测定的实验研究

选用牛顿冷却定律作为对流传热实验的测试原理,通过建立不同体系的传热系统,即水蒸汽—空气传热系统、乙醇水溶液蒸汽—空气传热系统,分别对普通管换热器和强化管换热器进行了强制对流传热实验研究。确定了在相应条件下冷流体对流传热膜系数的关联式。普通管换热器对流传热膜系数的关联式:Nu=0.01473Re0.61Pr0.4;强化管换热器对流传热膜系数的关联式:Nu=0.0251Re0.821Pr0.4;其计算值与实验结果符合良好。此实验方法可以测出蒸汽冷凝膜系数和管内对流传热系数。     

波纹管传热及阻垢性能实验

根据强化传热理论,应用套管式换热实验台,选择基管外径分别为25 mm的光管和波纹管换热器进行传热性能及阻垢性能实验.实验结果表明:波纹管的总传热系数是光管传热系数的1.1~1.2倍;光管的污垢热阻比波纹管的污垢热阻约高出35%.     

波浪形扰流元件对管翅式换热器传热及压降的影响

为了进一步提高管翅式换热器在气体侧的传热性能,在矩形扰流元件对管翅式换热器强化传热以及压降影响的基础上,对特殊的波浪形扰流元件案例进行了数值分析。对比分析了1 000～1 400雷诺数范围内,矩形、上波浪形和下波浪形扰流元件以及无扰流元件案例对气体侧的传热特性以及压降的影响。结果表明:管翅式换热器的传热性能受扰流元件形状的影响较大,且在相同雷诺数下,采用下波浪形扰流元件可以显著增强气体侧的传热性能,同时又使得气体在流动过程中具有相对适中的压降。     

LNG空温式气化器管束传热特性

液化天然气（LNG）空温式气化器由翅片管管束组成,以节能环保的优势在LNG中小型气化站得到广泛应用。空温式气化器管束中的单根翅片管传热会受到相邻翅片管的影响,与大空间中的单根翅片管的传热过程存在差异,传统的传热设计中往往忽略管束中翅片管的传热差异,带来较大误差。针对空温式气化器管束传热特性展开研究,对涉及流固耦合传热问题的翅片管管束进行整场建模与求解,采用混合物模型和Lee模型求解管内LNG气化传热,得到了管束中不同位置翅片管的空气侧温度场分布及传热系数,建立了空气侧传热差异系数拟合公式,并用管束空气侧传热特性实验对拟合公式进行了验证。     

扰流子折流杆换热器的开发研究（Ⅰ）：油—水系统中试研究

在壳程为低粘度流体水,管程为高粘度油品的操作情况下对扰流子折流杆换热器和折流杆换热器进行了传热性能和阻力性能的对比实验研究,地实验结果和数据进行了分析和关联。对不同长度的扰流子所得的结果进行了对比,并通过准数关联得出最佳扰流子长度下管程对流传热系数的数学模型。结果表明,在雷诺数为１０＾２～１０＾３（通常高粘度流体在管内的流动状态为层流）,随着雷诺数的增加,管程加入系数增加的幅度却明显提高。说明当管     

扰流子折流杆换热器的开发研究(Ⅱ)——低粘度流体中试研究

在低粘度流体下对扰流子折流杆换热器和折流杆换热器进行了传热性能和阻力性能的对比实验研究。实验以水作为传热介质,热水走壳程,冷水走管程。实验时壳程流体流动状态基本恒定,而管程流体发生变化。通过实验数据的分析关联,得到了加入扰流子后管程对流传热系数的近似计算模型。结果表明,当雷诺数的范围为１０４ ～５ ×１０４ 时,管程对流传热系数增加的幅度高于阻力增加的幅度,管程对流传热系数和换热器总传热系数分别提高５０ ％ 和１０ ％ 以上。说明对水这样的低粘度流体,在传热湍流区（ 即雷诺数大于１０４ 的范围） ,可以采用较大节距的扰流子来强化传热,以取得较佳的综合效果。     

无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热与阻力特性的实验研究

对内斜齿螺旋槽管强化传热机理进行了理论分析 .用实验方法研究了水在三种不同管径的内斜齿螺旋槽管内的流动和换热特性 ,测得了不同工况下的表面传热系数和动摩擦因数 ,拟合出所测参数范围内的动摩擦因数f和Nusselt数准则方程 ,并与相同管径光管的换热效果进行了比较 .结果表明 :无论在哪种工况下 ,内斜齿螺旋槽管的换热性能优于相同管径的光管 .     

基于断桥结构LNG罐式集装箱内接管传热分析

深冷液化天然气（LNG）罐式集装箱是最典型的运输液化天然气的设备,具有机动性高、灵活性强的优点,由于罐式集装箱运行工况较为复杂,罐内介质易燃、易爆且需在低温环境下储存,因此对集装箱的保冷性能要求较高。基于有限元理论结合实际工况,利用ANSYS软件针对LNG罐式集装箱顶部进液管沿轴向的漏热量问题进行计算和分析,发现其沿轴向的热流密度大,外界环境中的热量极易沿管路传入到罐内,传热速率快,特将断桥结构引入到管路的优化设计中,提出改进方案以实现热流阻断的效果。     

管壳式换热器瞬态换热性能分析

通过理论分析，分别以壳程流体、管程流体、管内外壁为研究对象，建立了管壳式换热器瞬态换热数学模型．模型中很好地解决了顺流和逆流同时存在的问题．存此基础上借助于仿真手段对管壳式换热器的瞬态换热性能进行分析，为了减小线性化方法带来的误差以及提高计算的准确度，仿真计算时所采用的数学模型未进行线性化处理，而直接采用非线性化方程进行程序编写．仿真结果与换热器实际运行数据吻合很好，说明所建立的数学模型可用于同类换热器瞬态换热性能分析．通过对换热器瞬态换热性能的分析，町清楚地了解换热器的动态换热特性，为换热器设计及控制提供理论依据．     

竖直圆管内超临界压力低温甲烷传热的数值研究

为了降低超临界压力甲烷管内对流换热的热阻,提高传热过程的稳定性,对竖直管内超临界甲烷的流动与传热过程进行了数值研究,讨论了热流密度、流动方向对流动换热特性的影响,研究了流场、温度场和湍动能变化对传热不稳定性的影响。结果表明,竖直管内超临界甲烷的传热存在不稳定传热现象,在高热流密度下,管内壁温度和平均温度具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在低热流密度下,局部对流传热系数具有不稳定性,在传热恶化区间震荡;在相同的热流密度下,向上流动时的传热不稳定性大于向下流动时的传热不稳定性,是由于向上流动的热影响大于向下流动的热影响,产生的类气膜是传热不稳定的主要因素。     

环境温度与风速对LNG船舶水下泄漏后果影响的数值研究

针对在不同环境温度和大气风速条件下,液化天然气(LNG)船舶在发生水下泄漏时,泄漏出的LNG液体的传质与传热问题,基于计算流体力学软件FLUENT,采用VOF法并编程定义传质与传热源项对水下泄漏问题进行了仿真研究.通过仿真数值计算,得出LNG发生水下泄漏时,流场温度场、粘度场和海域结冰情况,计算了LNG和低温气体由于沸腾反应质量随时间的变化规律,探讨了LNG水下排放传质与传热机理.结果表明,海域中温度较高的区域仍有低温LNG存在,但由于LNG快速相变对海水的强烈扰动,不利于海水凝固成冰;当未沸腾的LNG浮到海面上时,在海面会有冰层形成;环境温度越高、风速越大,LNG沸腾产生的NG量越多,海域结冰量越少.     

脉动流条件下弹性管束换热器振动特性仿真

为了得到弹性管束换热器传热元件的振动参数以及流体诱导振动强化传热规律,对平面弹性管束的固有振动特性及脉动流作用下的弹性管束振动规律进行了研究.首先,利用ANSYS软件建立平面弹性管束有限元模型,并对管束进行模态分析;然后利用FLUENT软件对弹性管束内通入脉动流后的流场进行数值分析.结果表明:弹性管束复杂的三维运动状态提高了其换热和抑垢性能;三棱柱绕流体产生的脉动流速度变化范围为0.4~1.3m/s,波形明显,因此三棱柱绕流体更适合用于脉动流发生装置;数值计算得到的弹性管束振动频率与实际工况脉动流流体流经弹性管束时产生的频率相一致,为弹性管束换热器在实践使用中提供一定的参考意义.     

地下连续墙内埋管换热器传热性能的试验研究

采用现场试验的方法对上海自然博物馆地下连续墙内埋管的传热性能进行了试验研究,分析了埋管布置形式、循环水流速、进水温度和运行模式对换热效果的影响.试验结果表明:地下连续墙内埋管的布置形式和传热性能都与传统的地埋管有较大的不同;混凝土水化热对地下连续墙体的温度有较大影响;增大埋管的支管间距可以提高其换热效果;在试验工况下的单组埋管合理流速为0.6～0.9m/s,;地下连续墙内埋管的换热量随进水温度呈线性变化;采用间歇运行的模式,可以提高热交换系统的换热量.     

急冷锅炉内流场传热特性及失效分析

针对裂解炉急冷锅炉内管失稳问题,对炉管内流体的气液两相流场和温度场进行了数值模拟,得到换热单元内锅炉给水的分布规律,以及炉管内气液两相流和沸腾传热特性.结果表明,流量分配不均,锅炉给水出口处的含气率超过界限是导致传热恶化是炉管失效的主要原因.数值模拟计算得出的易发生失效炉管及其主要失效部位均与现场实际失效的情况基本吻合.     

冷凝器换热模型与仿真

提出了水—水热泵机组冷凝器的稳态仿真模型 ;根据制冷剂的三种可能的存在状态将冷凝器的换热分为三个串联换热器的换热。针对一新型复合套管冷凝器编制了稳态传热仿真程序 ,利用该仿真程序分析讨论了冷却水入口温度和流量对冷凝器传热性能的影响。该仿真程序可模拟计算出冷凝器内温度分布和换热量 ,也可根据给定的设计工况确定换热面积 ,可用作整个热泵传热模拟和设计软件的一个组成部分