SO_2气体换热器的强化传热及优化设计研究

本文以二氧化硫气体换热器为例,分析研究了弓形隔板管壳式气体换热器在管内与管隙间由于流体能量损耗分配的不合理性而对换热器传热性能所造成的不利影响,并提出了以换热器壳程气体纵向冲刷为结构特征的双面整体形低翅片管换热器的传热优化设计方法,使得换热器的总传热系数在管内与管隙间气体总压降不变,气体流量不变以及传热温差不变的条件下,比原弓形隔板管壳式气体换热器的总传热系数提高80%。总传热面积减少42%。     

近似方程在换热器设计中的应用

在换热器的设计及换热系统网络优化中， 对数平均温度差（ ＬＭＴＤ） 的计算有十分重要的意义－ 本文对已提出的近似方程代替对数平均温度差的计算方法进行了评价， 指出Ｊ． Ｊ． Ｊ． Ｃｈｅｎ 提出的近似方程在换热系统网络设计中优于其他方程     

水平冷凝强化管传热性能实验数据处理方法

针对在大温差传热工况下,使用对数平均温差法确定相变传热管的传热性能时产生较大偏差、不能确切的反映实际的传热情况的不足,以及根据测实数据处理的实际需要,提出了一种基于局部热流密度、应用遗传算法来处理传热性能实验数据,从而确定冷凝强化管的传热性能的方法.并用此方法对一种双侧表面强化冷凝管的实验数据进行处理,获得了管内外对流换热关联式.     

小型车用换热器的数值模拟与优化

应用CFD计算流体动力学方法对换热器的换热特性、空气流动特性进行了全面分析,得到了换热器温度场、压力场和流场分布情况.对换热器实施了减少管束的数目、减小折流板尺寸、增大壳侧出口直径和增大换热管直径等改进措施,改进后换热器壳侧的阻力损失降低32.3%,为103.2 Pa,同时出口温度为130 K,仍然满足换热要求.表明采用数值模拟方法对换热器进行研究开发可以获取换热器内任意点的温度、压力和流速等详细信息,而且可以了解结构参数变化对换热器流场和温度场的影响的显著优点,为换热器的优化设计提供了新的方法.     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相加后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

低温供热堆换热器的实时仿真研究

根据200 MW低温供热堆换热器的非标准结构特点,在流体以三次叉流自然循环方式冲刷一次侧管束的情况下,建立了合理的数学物理模型.通过编制程序,应用组合的效能 传热单元数法和平均温压法 2 种方法,对各控制体进行了传热特性分析.该程序能准确地计算出换热器两侧的功率、流量、温度耦合变化的相互影响,求得换热器两侧各控制节点的温度变化规律.结果表明:求解非刚性方程的阿当姆斯数值方法的计算速度要快于求解刚性方程的吉尔方法,2种计算方法的误差不超过 5%.证明了阿当姆斯方法更适合低温供热堆的换热器实时仿真.计算仿真为200 MW低温供热堆的设计和安全运行提供了可靠依据.     

裂缝三维非对称延伸模型的建立及加砂程序的确定

油气层水力压裂时,所产生的裂缝将在长、宽、高三方向同时延伸。为了提高压裂设计的准确性和施工的成功率,本文建立了水力压裂裂缝三维非对称延伸的数学模型。该模型考虑了注液过程中的井筒温度变化和裂缝中的热交换对裂缝几何形态的影响。在此基础上,根据各段裂缝所需的导流能力,确定了各段裂缝填砂所应具有的面积浓度,以及相应的地面各注入段的砂比。     

基于壳程数最小年度化费用换热网络综合的研究

根据换热器对数平均传热温差校正因子与换热器进出口温度之间的关系,指出了单壳程偶数管程换热器在可操作条件下的最大温度交叉程度,在此基础上,根据换热器投资费用同壳程数的关系,提出了基于壳程数的换热网络综合的数学模型,并采用遗传模拟退火算法进行了求解,实例表明该模型对求解实际工程换热网络是有效的。     

The entransy dissipation minimization principle under given heat duty and heat transfer area conditions

Under given heat duty and heat transfer area conditions, the equipartition of the entransy dissipation (EoED) principle, the equipartition of the temperature difference (EoTD) principle, and the equipartition of the heat flux (EoHF) principle are applied to the optimization design of a heat exchanger with a variable heat transfer coefficient. The results show that the difference between the results obtained using the EoED and EoTD principles is very small, far smaller than that between the results obtained using the EoED and EoHF principles. The correct entransy dissipation minimization principle is chosen to optimize the parameters in the hot and cold fluids in a two-fluid heat exchanger, under given heat duty and heat transfer area conditions. The results indicate that the proper choice of the two alternative fluids has an important role in the successful application of the entransy dissipation minimization principle. The fluid that could improve the total heat transfer coefficient should be chosen, or the fluid that makes the temperature profiles of the hot and cold fluids parallel and decreases the temperature difference between the hot and cold fluids after optimization simultaneously, could be the proper one.     

基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT中对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到换热器壳程流体温度场、速度场和压力场;分析了折流板间距及弦高对换热效率和壳程流体压降的影响,对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

超临界压力水在水平同心套管间自然对流换热研究

通过数值计算深入分析了超临界压力条件下水的强烈的物性变化及对流换热的边界条件对水平同心套管间自然对流换热的影响规律,并为高新技术的发展提供一定的理论基础。采用求解原始变量的有限差分法,并利用大型通用计算程序ＰＨＯＥＮＩＣＳ,对控制方程组进行了数值求解。分析了在内、外管表面均为等壁温边界条件或内管为常热流、外管为等壁温边界条件下,同心套管间的流场和温度场;研究了强烈的变物性、内外表面温差及内管壁面上的热流密度等对内、外管壁上自然对流换热系数的影响规律。结果发现：在内管表面热流密度相同的条件下,不同的外管表面温度所对应的内、外管表面温差及对流换热系数有比较大的差异;在某些条件下,随着热流密度的升高,尽管套管内自然对流流速增大,但是自然对流换热能力却下降。     

板翅式换热器的多目标最优设计

本文探讨了换热器多目标最优设计技术,建立了考虑流程长度变化、温度变化和入口流量分布不均匀对换热器性能影响的板翅式换热器最优设计模型,编制了最优设计程序包,并以实俐进行了验证设计。     

蓄热式换热器流动传热的数值模拟

以炼铁厂的蓄热式热风炉为例,根据热风炉的实际运行状况对热风炉内的流动与换热过程进行合理简化,应用二维模型,采用有限容积法对热风炉内的流动与换热情况进行数值求解,得到了热风炉在不同工况下的气体温度与蓄热体温度的分布情况,模拟计算结果表明：在内燃式热风炉蓄热体中气体的温度分布大致为对数曲线,并且在热风炉中同一高度上气体与蓄热体温差较小,与实际情况相符,这对优化热风炉的运行与设计有参考价值。     

空调工况下非共沸制冷剂蒸发时的换热特性

为了揭示空调工况下非共沸制冷剂在蒸发器中的换热特性，探明制冷剂和换热流体间温差的沿程变化规律，建立了制冷剂的蒸发换热模型，根据标准的空调工况确定了制冷剂的蒸发物性参数．利用制冷剂状态方程得到蒸发过程中温度与焓的对应关系，计算出制冷剂和换热流体在蒸发过程中的温差．通过归纳沿程位置的温差变化，得到它的变化规律，对大多数非共沸制冷剂，换热温差沿程呈非线性变化，这为合理设计蒸发器提供了一定的理论依据．最后应用上述方法对15种非共沸制冷剂的蒸发特性进行了评价，发现R407C制冷剂换热性能最优．     

换热管流固耦合传热的分区求解数值算法

考虑换热管与流体换热的相互影响,以换热管固体域与管内流体域为研究对象,根据耦合界面温度和热流密度的连续性边界条件,推导了界面温度和热流密度的迭代格式和收敛判别方法.以整场离散整场求解为基准,研究耦合界面处的温度和热流密度分布以及出口平均温度,探讨了分区求解边界耦合算法的计算精度和求解效率.计算结果表明,建议松弛因子取0.75、收敛容差取0.1为宜.流固耦合传热的分区求解数值算法,为高效换热管的研发提供可靠的数值模拟方法.     

换热器最小换热面积的稳健性选型设计方法

本文构造了一个含传热面积的稳健性目标函数；介绍了双侧流体温度、流量、污垢热阻值均处于浮动时换热器的选型设计方法，它能搜寻出更多的具有较小换热面积和较大操作弹性的系列标准产品，为制订流量、温度及污垢热阻适宜的操作范围提供参考．     

固定管板式热交换器应力分析

 管壳式热交换器因其可靠性高、适用性广泛成为很多工业部门中应用最广的热交换器。常规设计采用GB 151—1999《管壳式换热器》中当量等效近似方法,该当量等效力学模型和实际结构存在较大差异,尤其对于大型高参数热交换器,若无法应用常规设计方法,必须进行分析设计。有限元方法是最常见的分析设计方法。本文应用ANSYS通用有限元软件,对某实验台用热交换器建立了有限元模型,模型分别采用实体单元和梁、壳单元对固定管板式热交换器的壳体、管板和换热管所构成的固定连接结构进行了应力分析研究,以及温度载荷和压力载荷同时作用下的有限元分析。在实验台上进行与有限元分析中引用载荷相同的温度和压力载荷进行实验,并将实验结果与有限元分析结果进行比较,研究表明采用梁、壳单元或实体单元均能获得较精确的结果。考虑到热交换器的建模难度、工程精度需求和计算时间,对于大型高参数热交换器有限元分析采用梁、壳单元进行模拟,既可保证计算精度,又可降低建模难度,是切实可行的处理方法。     

A novel method to improve the performance of heatexchanger——Temperaturefields coordination of fluids

The methods to enhance the heat transfer in heat exchanger may be classified into two levels: one is to improve the heat transfer coefficient; the other is to upgrade the whole arrangement of the heat exchangers. For the second level, the performance of heat exchanger can be upgraded by increasing the coordination degree between the temperature fields of cold and hot fluids. When the temperature distributions are similar to each other, the temperature difference field (TDF) is more uniform, which means that the temperature fields are more coordinated with each other. For the cross-flow heat exchanger, rearrangement of the heat exchange surface area should improve the heat transfer effectiveness, which is even equal to that of the counter-flow heat exchanger when the surface area is reassigned optimally. For the multi-stream heat exchanger, the thermal performance is also dependent on the uniformity of the TDF, and the parallel-flow arrangement may achieve higher heat exchange effectiveness than the counter-flow arrangement, which indicates that the performance of heat exchanger depends on the coordination degree of temperature fields instead of the flow arrangement.     

A novel method to improve the performance of heat exchanger——Temperature fields coordination of fluids

The methods to enhance the heat transfer in heat exchanger may be classified into two levels: one is to improve the heat transfer coefficient; the other is to upgrade the whole arrangement of the heat exchangers. For the second level, the performance of heat exchanger can be upgraded by increasing the coordination degree between the temperature fields of cold and hot fluids. When the temperature distributions are similar to each other, the temperature difference field (TDF) is more uniform, which means that the temperature fields are more coordinated with each other. For the cross-flow heat exchanger, rearrangement of the heat exchange surface area should improve the heat transfer effectiveness, which is even equal to that of the counter-flow heat exchanger when the surface area is reassigned optimally. For the multi-stream heat exchanger, the thermal performance is also dependent on the uniformity of the TDF, and the parallel-flow arrangement may achieve higher heat exchange effectiveness than the counter-flow arrangement, which indicates that the performance of heat exchanger depends on the coordination degree of temperature fields instead of the flow arrangement.     

管壳式换热器优化设计中的一种有效办法

在管壳式换热器设计中,由于离散的整型设计变量的存在,以及参变量管壁厚度跃变的影响,给优化方法的应用带来了困难。本文提出将Nelder-Mead方法进一步修正予以应用,分析和计算表明这种方法在管壳式换热器的优化设计中是可行的。