缠绕管式换热器管程的非平衡热力学研究

以描述缠绕管式换热器管程对流传热的Schmidt公式为基础,将内部流动传热的非平衡热力学模型相与Schmidt公式相结合,对缠绕管式换热器管程对流传热的非平衡热力学理论模型进行了理论研究;提出了传热熵产数(Ns,HX)和阻力熵产数(Ns,P)的概念;对缠绕管式换热器管程的Nu、ΔP、Ns,HX和Ns,P的变化规律进行了研究;结果显示,Nu随着Re的升高而升高,传热熵产数(Ns,HX)随着Re的升高而降低;ΔP和阻力熵产数(Ns,P)都随着Re的升高而增大;传热熵产数(Ns,HX)和阻力熵产数(Ns,P)能有效反映缠绕管式换热器管程对流传热过程的不可逆损失的变化规律,揭示了缠绕管式换热器管程对流传热的非平衡热力学原理。     

钉肋肋列传热的最小熵产优化分析

应用热力学的熵产概念对钉肋肋列的传热问题进行了研究，从如何使各种不可逆损失最小着手，分析了肋列的肋间距，肋片的直径，换热介质与热负荷等不同参数对熵产的影响，发现在不同参数条件下，熵产数都会存在一个最小值以及与此对应的最优的Ｒｅｄｏｐｔ数，并对顺列和错列两种常用肋片布置方式作了对比，研究结果将有助于节能型钉肋的设计。     

管翅式换热器的不可逆损失分析

以热力学第二定律为基础讨论了波纹翅片管换热器的不可逆损失,重点考察了换热器的几何尺寸对换热过程中不可逆损失的影响.[JP+2]不可逆损失用温差传热和流动摩阻所引起的熵产之和来表征.计算结果表明：换热器单位换热量的熵产随翅片波纹角的增加略有增加,但几乎不受翅片间隔的影响.当管的排数增加时,单位换热量的熵产先减后增,在特定管排数处取得极小值.单位换热量的熵产随空气流速的增加而单调增加.     

大型燃煤锅炉内辐射熵产及辐射(火用)试验研究

为了研究燃煤炉膛内辐射传热效率,达到节约能源,降低污染物排放的目的,提出一种大型炉膛内辐射熵产及辐射火用的试验测量方法,并应用于一台200 MW发电机组的670 t/h燃煤锅炉上。通过在锅炉上安装CCD相机获取炉内辐射图像,基于辐射反问题求解方法重建炉膛底部、燃烧器区域及炉膛出口3个截面的炉内温度分布及辐射特性,进而获得炉内煤粉燃烧介质和水冷壁的辐射熵产、辐射熵产数及辐射火用,并分析了炉内温度分布的均匀性及壁面辐射热流对燃煤锅炉内辐射熵产和辐射火用的影响。结果表明,随着燃煤锅炉内温度分布均方差增大,煤粉燃烧介质吸收、发射及散射过程的不可逆性增大,辐射传热效率越低,燃烧介质产生的辐射熵产从419 W/K增至629 W/K,辐射熵产数从0.048增至0.067;随着水冷壁面热流增大,水冷壁面辐射传热过程的不可逆性增大,辐射传热效率降低,水冷壁产生的辐射熵产从1.566 k W/K增至4.575 kW/K,辐射熵产数从0.258增大至0.346;在燃煤锅炉的燃烧器区域,由于燃烧温度相对最高,其辐射换热过程相对最剧烈,有用功相对最多,因而辐射火用相对最大;而对于温度相对最低的炉膛出口区域,其辐射换热过程相对最弱,有用功相对最少,因而辐射火用相对最小。由此可见,对于实际炉膛而言,提高炉膛内温度场的均匀性,尤其是提高炉膛燃烧器区域内温度场的均匀性,对于提高燃煤炉膛辐射传热效率具有重要的意义。     

基于熵分析法和(火积)分析法的换热网络适应性比较

熵和(火积)是传热过程不可逆性的度量,可以通过分析不可逆损失来评价换热网络中能量的利用情况。针对换热网络存在不可逆性的问题,首先建立了基于熵分析法和(火积)分析法的换热网络能量利用效率的数学模型,然后以最大能量回收为目标,分别对某炼化企业的单段单程加氢裂化(SSOT)装置进行换热网络分析,比较了两种方法对该装置换热网络优化的适应性,并验证了熵分析法是否适用于分析复杂换热网络。结果表明,分别取最小传热温差?T_(min)=15K、20K、25K,熵分析法计算的热力学第二定律效率依次增大,分别为86.80%、88.59%、90.42%,违背了熵产最小原则。而分析法计算的传递效率依次降低,分别为76.45%、74.86%、73.41%,该趋势与"温差越大,(火积)传递热量的能力越低规律"相一致。最后由该结果说明了(火积)分析法比熵分析法更加适用于分析换热网络的能量利用效率,有利于评价换热网络的节能潜力。     

恒壁温时污垢对管内对流换热过程热力学性能影响的分析

基于热力学第一、二定律 ,在恒壁温工况下分析了污垢对管内对流换热过程热力学性能的影响 ;提出了反映污垢对管内对流换热过程热力学性能影响的指标———单位传热量的熵增率 ;讨论了管内流体Reynolds数(无污垢时 )和量纲为 1的入口换热温差等参数对单位传热量熵增率的影响 .研究结果表明 ,该指标不仅能反映污垢对管内传热过程的影响 ,而且能反映污垢对管内流动过程的影响 ,而由污垢层导热所引起的熵产在管内传热过程总的熵产中占有重要的地位     

以最佳温度均匀度和最小熵产为目标的航天器热循环试验系统运行参数优化

以数值模拟的方法研究了不同运行参数下航天器热循环试验箱内温度均匀度与熵产的变化规律。结果表明,在4.3×103≤Re≤8.6×105、4.62×1013≤Gr≤1.38×1014范围内,由于强浮升力的作用,壁面附近出现回流区,温度由上往下降低,中轴线附近气体加速下沉,温度由上往下升高。箱内量纲1温度标准偏差随Reynolds数增大而增大,随Grashof数变化不明显;混合对流过程中流动熵产远小于传热熵产,熵产数值随Reynolds数、Grashof数的增大而增大。提出了壁面Nusselt数、试验箱内量纲1平均温度、量纲1温度标准偏差及量纲1传热熵产随Reynolds数、Grashof数变化的关联式。     

蒸发器沸腾两相段熵产分析

以管内侧制冷剂,管外侧水的蒸发换热器为研究对象,基于热力学第一、第二定律建立了蒸发器沸腾两相流段的熵产计算模型,用量纲1熵产数N_s表示管内外流体因温差传热和压降损失引起的不可逆损失。分析水侧、制冷剂侧质量流量,水侧入口温度和管长尺寸对系统熵产数的影响。结果表明：系统熵产主要由制冷剂侧两相压降引起;系统熵产数随水侧质量流率的增大迅速降低并趋于稳定,随制冷剂侧质量流率的增大呈指数增长,随水侧进口温度和管长尺寸的增大而增加。     

以最佳温度均匀度和最小熵产为目标的航天器热循环试验系统运行参数优化

以数值模拟的方法研究了不同运行参数下航天器热循环试验箱内温度均匀度与熵产的变化规律。结果表明,在4.3×10³≤Re≤8.6×10⁵、4.62×10¹³≤Gr≤1.38×10¹⁴范围内,由于强浮升力的作用,壁面附近出现回流区,温度由上往下降低,中轴线附近气体加速下沉,温度由上往下升高。箱内量纲1温度标准偏差随Reynolds数增大而增大,随Grashof数变化不明显;混合对流过程中流动熵产远小于传热熵产,熵产数值随Reynolds数、Grashof数的增大而增大。提出了壁面Nusselt数、试验箱内量纲1平均温度、量纲1温度标准偏差及量纲1传热熵产随Reynolds数、Grashof数变化的关联式。     

扭带结构影响管内传热与熵产的研究进展

随着工业技术不断发展,传统换热管的传热方式已经无法满足高热流密度下的热量输运要求。扭带插入物是一种能够有效提高换热管传热效率的强化传热元件,以其结构简单、加工容易的特点受到了很多学者的关注和研究。管内流体的传热性能及熵产往往作为评价换热管性能的重要参数,因此扭带结构与流动工质对这些参数的影响成为近年来研究的重点。本文主要综述了近十年来不同结构扭带对管内传热与熵产影响的研究进展。首先,将文献中研究的扭带按照几何结构进行分类,阐述和分析了不同类型扭带对换热管的传热、熵产以及综合性能的影响,试图找出几何结构与换热管传热性能以及熵产之间的联系。其次,介绍了扭带与纳米流体复合传热技术的研究进展。最后,归纳了研究人员为达到传热性能最大化以及熵产最小化而建立的传热和熵产模型,并对模型的优缺点进行了评价。