纵槽管降膜蒸发传热性能研究

降膜蒸发是一种高效传热方式,本文以水为实验工质对纵槽管降膜蒸发传热性能进行了实验研究。在热通量q=13.2-56.52kW/㎡,液体周边进料流量 =0.419-1.112kg/m.s,传热温差△T=2.02-9.87℃下测量纵槽管传热系数,并与相同操作条件下的光管传热系数进行比较。结果表明：纵槽管强化传热效果在一定范围内随着管内雷诺数增大而增大;在热通量相同时,纵槽管的传热温差仅为光管的51%;纵槽管管外冷凝传热系数为光管的1.77倍,总传热系数为光管的2.14倍,强化效果显著。     

水平管外降膜蒸发传热性能实验研究

建立了降膜蒸发实验台,研究了在低压状态下水平管喷淋降膜蒸发的传热性能.实验蒸发管分别使用光管和某种型号强化管.实验测试了管子结构、喷淋流量以及在喷淋液中加入添加剂对换热的影响.结果表明,喷淋流量增大,管外换热系数和总传热系数都会有一定的增加,当增大到一定程度会出现换热效果变差的情况.强化管的总传热系数比普通光管高62%.本次实验使用的质量分数为4.15%的添加剂对于换热无强化效果.     

涡节型、酒窝型强化管管内沸腾传热特性实验

以微型Capstone C30燃气轮机排放的烟气余热为热源,研究涡节结构强化管、酒窝结构强化管和光管管内沸腾换热特性。实验结果表明：涡节型结构强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的1.6~2.1倍,管外对流传热系数约为光管的1.3~1.5倍,总传热系数约为光管的1.4~1.5倍;酒窝型强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的2.1~2.5倍,管外对流传热系数约为光管的1.8~2.0倍,总传热系数约为光管的1.9~2.1倍。分析了涡节型强化传热管和酒窝型强化传热管较光管传热性能好的原因。     

基于仿生结构对水平管降膜蒸发换热的模拟

水平管降膜蒸发器是广泛应用于海水淡化和化学工业等方面的换热设备。建立了三维数值模型,采用VOF(volume of fluid)方法结合UDF(user defined function)程序对水平管外降膜蒸发过程的换热特性进行了数值模拟研究,深入研究了光管和强化管针对不同管间距、喷淋密度、蒸发温度和管径对液膜厚度以及平均传热系数的影响。模拟结果表明：在相同条件下,强化管的平均传热系数要明显高于光管,可见基于仿生学原理优化换热表面结构能有效提高水平管外降膜蒸发的换热效率。光管和强化管的平均传热系数随着蒸发温度的升高都呈上升趋势,随喷淋密度的增加呈先上升后减少的趋势。光管和强化管的平均换热系数随管间距的增大而增大,随喷淋密度的增加呈先增加后减少的趋势;换热管的平均传热系数随着蒸发温度升高而升高,随喷淋密度的增加呈先上升后下降的趋势。     

强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响

为了研究强化管表面结构对竖管降膜流动特性的影响,搭建了竖管降膜流动冷态实验台,利用光谱共焦位移传感器和高速摄像仪对强化管和光管进行了对比研究。实验中,降膜流量通过调节高位水箱内静液柱高度H和布液器环隙间距Δd控制,使降膜雷诺数Re在0～4 500变化。测试结果表明:当0Re≤2 000时,强化管与光管液膜厚度一致,但当Re2 000时,强化管的液膜厚度逐渐高于光管,且随着Re的增大,二者差值越趋增大;相对于光管,强化管润湿管壁的最小流量约为光管的1/3,明显小于光管,表明强化管有利于液膜的铺展;当降膜流动处于层流时,在入口段强化管与光管的降膜波动特性无明显差别,但光管较先进入充分发展区,随后波动强度逐渐小于强化管;当降膜流动呈湍流时,强化管的波动强度明显高于光管,当Re达到4 200时,在测试范围内强化管的平均波动强度较光管高出约8%,说明强化管的表面结构增强了液膜的扰动,更利于降膜蒸发过程传热传质。以上结论可为强化管用于竖管降膜蒸发器的研究提供有益参考。     

水平冷凝强化传热管的传热性能

以Ｒ１１为工质，测试了饱和蒸汽状态下水平冷凝强化传热管－低肋管、Ｃ管、以及双侧强化传热管ＧＣ管的传热性能。并与同工况条件下测得的光管传热性能进行了比较。实验结果表明，被研制的ＧＣ管总传热系数比光管提高４倍多；而相应的管内侧冷却水流动阻力系数平均为光管的７倍多。最后运用熵分析法对水平冷凝强化传热管的强化传热性能进行了评价，结果表明ＧＣ管的强化传热性能优于ＤＡＣ管（另一双侧强化传热冷凝管）等水平冷凝强     

螺旋槽管强化传热机理及性能的数值研究

基于Fluent对9根具有不同结构参数的单头螺旋槽管进行了数值研究,得到了螺旋槽管内流体速度和温度分布,从微观上说明了螺旋槽管强化传热的机理。数值计算结果表明,在研究的雷诺数Re范围内(10 000~45 000),螺旋槽管的努塞尔数Nu是光管的1.34~2.01倍;阻力系数f是光管的2.01~6.40倍;Nu和f随槽深e的增加而增加,随节距p的增大而减小。螺旋槽管传热的综合性能明显优于光管,在换热面积和泵功率消耗相同的情况下,综合性能最好的2#管可使换热量提高14%~19%。     

溴化锂溶液竖管内降膜蒸发传热性能分析

为了直接高效利用低温烟气余热驱动制冷,对不同热流密度、不同浓度溴化锂水溶液竖管内层流降膜蒸发的传热性能进行了实验研究。结果表明,降膜传热系数随溶液进口浓度升高而减小,随热流密度增加而显著增大。对实验数据进行多元线性回归计算,得到实验范围内降膜传热系数关联式。用该关联式设计降膜蒸发传热的降膜式发生器,并对相同传热量的沉浸式发生器进行设计,性能对比表明,降膜式发生器在传热系数、换热组件重量和体积上有十分显著的优势。     

弦月形通道内热虹吸沸腾强化传热的数值计算

弦月形狭缝通道热虹吸沸腾传热具有明显的传热强化效果 ,以溴化锂水溶液为工质的实验测试表明 ,其传热系数达到5～ 6kW/ (m2 ·K) .基于这种狭缝通道气泡底部薄液膜蒸发机理 ,建立了狭缝沸腾传热组合机理模型 .计算结果表明 ,随着时间的延续 ,膜内温度逐渐趋于线性分布 ;热流密度增大 ,液膜厚度变薄 ;沸腾传热系数随着热流密度的增大而增大 .分析了不同边界及初始条件下的气泡底部液膜蒸发传热特性 ,解释了气泡受挤压变形后气泡底部的液膜厚度减薄是传热效率得到增强的主要原因 .该传热模型的求解结果与实验结果吻合良好 ,说明本模型是合理的     

方形小通道内高参数下煤油传热与阻力特性

对外边长为4.6 mm的方形小通道光滑管及底部带有不同强化表面的5根粗糙管试件在高热流密度、高流速、超临界压力条件下进行了煤油的传热、阻力、结焦特性的试验与分析研究,获得了煤油的传热、阻力与结焦特性及主要影响因素;分析了方形粗糙表面强化传热机理及不同粗糙度对煤油传热、阻力与结焦特性的影响,并与相同尺寸方光管的试验结果进行了比较.比较结果表明:5根粗糙管的传热系数为光管的1.4～1.9倍,阻力系数为1.3～3.8倍,2#粗糙管的综合效果最好;在相同条件下,粗糙管的平均壁温明显低于光管;增加管壁粗糙度不仅增强了煤油的换热能力,而且可明显提高结焦发生时的壁面热负荷,使结焦现象大为改善.研究结果对火箭发动机的热防护技术具有重要意义.     

横槽管在糖厂蒸发过程中的传热实验

本文通过对横槽管和光滑管在糖厂蒸发系统的传热对比实验,得到横槽管的传热系数为光滑管的1.2～1.4倍,垢层比光滑管簿25％。从而为将此种管应用于蒸发罐提供了理论根据。     

钛合金螺旋扁管换热器流阻与传热性能实验研究

为研究钛合金螺旋扭曲扁管换热器壳侧选用高黏度导热油的传热规律,对钛合金螺旋扁管换热器的壳侧在层流(Re2 000)与过渡流(2 000Re9 000)状态的传热性能进行实验研究,与分别采用钛合金圆管与螺旋槽管作为换热元件的折流板换热器进行比较,根据实验数据并采用多元线性拟合对扁管壳侧的努塞尔数Nu与阻力系数f进行拟合,其最大拟合误差都是±10%。实验结果表明,螺旋扁管换热器的壳侧在层流与过渡流均有明显的强化传热效果,其强化传热指标h/Δp是螺旋槽管换热器的1.7~2.5倍,光管换热器的2.3~4倍。在层流与过渡流状态下,扁管尺寸、Re、Pr对传热影响较大,螺旋扁管换热器特别适合层流换热。     

大量不凝性气体存在时不同润湿性管束对流冷凝传热实验研究

为了实现工业中大量不凝性气体存在场合下蒸气的高效冷凝传热,建立了混合蒸气水平管束外对流冷凝传热实验系统,通过化学刻蚀与自组装方法对光管管束、2D肋管管束和3D肋管管束进行疏水与超疏水表面改性处理。当大量不凝性气体存在时,对不同润湿性管束表面的冷凝形式及管束间冷凝液流型进行可视化观测。实验研究了冷却水流速、混合蒸气流速、水蒸气体积分数等因素对不同润湿性的冷凝式换热器对流冷凝传热系数的影响,并分析不同水蒸气体积分数条件下管束效应的影响。通过实验研究发现,当大量不凝性气体存在时,冷凝液在管束间形成滴状流,水蒸气体积分数对不同润湿性的冷凝式换热器的对流冷凝传热特性影响显著,随着管排数增加,对流冷凝传热系数增大,管束效应对超疏水光管管束的强化作用最大,当水蒸气的体积分数约为11%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.53倍,而当水蒸气体积分数约为23%时,9排超疏水光管管束的对流冷凝传热系数是单排的1.34倍。     

R123在GY新型强化管外池沸腾的传热实验

为强化低温热能发电有机朗肯循环系统的传热过程,采用机械加工方法研发肋管表面似龙鳞状的新型三维外肋强化传热管即GY管。对工质R123在光管、GY管水平单管外池沸腾换热进行实验研究,在常压条件下(正常沸点为27.4℃)得到热流密度与沸腾换热系数、管内雷诺数与传热系数的关系模型。将光管管外沸腾换热系数的实验值和Cooper公式计算值进行比较可知其变化趋势一致,实验值与Cooper公式计算值的偏差小于12%;同时,得到GY管传热系数随管内雷诺数的变化规律。实验结果表明:当雷诺数在(4.9~11.5)×103范围内时,与光管比较,GY管的传热系数强化倍率为3.10~3.45。因此,GY管是一种具有优良管外沸腾换热性能的强化管,能有效强化有机工质的换热过程。     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的试验研究

用实验的方法研究了水平螺旋管管外有纵向Ｖ型槽时的凝结换热的强化问题．在相同的真空度下,测试了当Ｖ型槽的角度改变或槽的数目变化时管外凝结换热系数随冷却水流量变化的规律,并将Ｖ型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管及水平螺旋光管的传热效果作了比较．实验结果表明,Ｖ型槽槽深为１ｍｍ、槽数为２８、夹角为６０°时,强化效果最佳;其换热系数是矩形槽管的４～７倍,是光管的８倍     

螺旋折流板波槽管换热器换热与阻力实验研究

以水为工质，对螺旋折流板波槽管换热器、螺旋折流板光管换热器及传统弓形折流板光管换热器进行了壳程和管程的传热及阻力对比实验研究．结果表明，相比弓形折流板光管换热器，螺旋折流板光管换热器总传热系数和壳程换热系数分别提高50％～80％和90％，壳程阻力减少15％～20％；螺旋折流板与波槽管结合使用，换热能力进一步加强，总传热系数是弓形折流板光管换热器的2．01～2．11倍，是螺旋折流板光管换热器的1．15～1．6倍．     

COSINE型纵槽管的冷凝传热研究

本文在V型纵槽管冷凝传热研究的基础上,进行了Cosine型纵槽管的传热研究.在理论分析与实验研究的基础上得到了传热系数和传热面积的计算公式.对所得结果比较后,作者建议以单位温度差传热速率进行这一类纵槽管的传热计算及作为评价其传热效果优劣的判据.这种作法较之过去的传统作法(传热系数法)远为优越.     

水平螺旋管外V型槽强化冷凝传热的试验天空

用实验的方法研究了水平螺旋管管外有纵向Ｖ型槽时的凝结换热的强化问题,在相同的真空度下,测试了当Ｖ型槽的角度改变或槽的数目变化时管外凝结换热系数不流量变化的规律,并将Ｖ型槽水平螺旋管与矩形槽水平螺旋管水平螺旋光管的热 效果作了比较,实验结果表明,Ｖ型槽槽深为１ｍｍ、槽数为２８、夹角为６０°时,强化效果最佳;其换热系数是矩形槽管的４－７倍,是光管的８倍。     

空心静叶蒸汽加热除湿传热特性的研究

针对空心静叶蒸汽加热除湿过程中加热蒸汽侧凝结换热、叶片固壁热传导以及主流蒸汽侧沸腾换热的传热特性,开展了平板蒸汽加热除湿实验和一维理论分析。研究了主流蒸汽马赫数和加热温差对传热特性的影响,并基于实验数据拟合了蒸汽加热除湿过程的综合传热系数关联式。研究结果表明,一维理论分析得到的综合传热系数与实验值偏差小于10%,可用于汽轮机空心静叶蒸汽加热除湿的方案设计中。主流蒸汽马赫数的增大有利于叶片外表面的水膜蒸发,从而增大主蒸汽侧的沸腾换热传热系数,马赫数为0.28、0.31时,主流蒸汽沸腾换热的热阻最大;马赫数为0.42时,固壁导热过程的热阻最大。主流马赫数是影响综合传热系数的主要因素,加热温差的影响很小,马赫数为0.42时的综合传热系数达到马赫数为0.28、0.31时的2倍左右。     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.