汽车空调暖风系统平行流换热器换热性能研究

平行流换热器以其结构紧凑、换热效率高的特点已广泛应用于汽车空调中.简要介绍了汽车空调暖风系统平行流换热器结构,采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对平行流换热器的换热性能进行了分析,比较了空气侧风速和水流量对其换热量和流动阻力的影响.模拟结果表明:在增加相同百分比的情况下,增加空气侧风速比增加水流量对换热器换热量的影响大16%左右,但增加空气侧风速和水流量对换热器换热能力的影响均有限;随着风速的提高,换热量增加率逐渐减小,而空气侧阻力增加率越来越大;随着水流量增加,水侧压降增大非常明显;但两者增加对空气侧出口温度影响均不明显.     

湿工况下低气压对翅片管换热器换热特性的影响

在高空低气压环境下模拟舱内对开缝翅片管换热器在湿工况下的换热特性进行了实验研究,分析了不同环境压力对空气侧换热特性的影响,包括显热换热、潜热换热和努赛尔数的变化规律。实验结果表明,当干球温度和相对湿度不变时,湿工况下空气侧显热换热量、潜热换热量和空气侧传热系数均随着环境压力的降低而减小;而单位质量潜热换热量几乎不变,潜热换热所占比例略微增大。同一个环境压力下,入口空气的相对湿度对换热器的显热换热量影响不大,而对潜热换热量影响显著。当相对湿度分别为40%、60%和80%时,显热换热量差异小于5%;而潜热换热量当相对湿度为80%时,是相对湿度为40%时的5.9~6.8倍。     

土壤空气换热器换热特性的模拟研究

文章针对日光温室环境下土壤空气换热器的换热特性进行了研究。首先通过监测土壤空气换热器沿程空气温度的全天变化,分析了试验工况下土壤空气换热器的动态换热过程及系统性能变化规律。研究结果表明,在试验工况下,土壤空气换热器系统的性能系数(COP)可高达24.1。在此基础上,通过建立土壤空气换热器的非稳态换热模型,模拟研究不同的入口风速对土壤空气换热器换热性能的影响。研究结果表明,当换热管入口空气温度相同时,随着入口风速的增加,土壤空气换热器进出口空气温度差逐渐减小,出口处空气温度与土壤温度差值逐渐增大,这意味着土壤空气换热器有效换热长度逐渐变长。在此过程中,土壤空气换热器系统的换热量和COP随着入口空气风速的增加呈现出先增后减的规律。通过模拟结果可知,当入口风速达到5.5 m/s时,土壤空气换热器系统的换热量与COP均达到最大值。     

低气压环境下开缝翅片管换热器换热性能研究

利用低气压环境模拟装置对开缝翅片管换热器在不同气压下的换热性能进行实验研究.研究结果表明:随着气压不断降低,换热器周围空气密度逐渐降低,换热器空气侧换热系数以及显热换热量逐渐降低,而空气含湿量随着气压降低逐渐升高,导致潜热换热量逐渐增加;当气压降至0.058 MPa以下时,换热器空气侧潜热换热量占主要部分,当气压为0.04 MPa时,换热器换热能力与常压下相比下降了36.63%.     

圆形和跑道形微通道内空气换热特性数值研究

采用数值模拟的方法对不同管径、不同长度微圆管的换热特性和换热能力进行了研究和对比。结果表明:对于相同管长的圆管,在相同压比条件下,除了内径为0.1mm的圆管外,单位流通面积的换热量随着管径的增大而逐渐减小;在相同压比条件下,除内径为0.1mm的圆管外,其他圆管的单位面积换热量均随管长的增加而增大,且较大管径的增大幅度明显大于较小管径的增大幅度。对当量直径相同的圆管和跑道形管进行对比发现,圆管的换热能力明显优于跑道形管道。     

气液分离两翼式热管用于辐射采暖的特性分析

为了适应舒适的辐射采暖系统,降低低温地板辐射采暖系统的供水温度的需要,通过对传统热管工作原理及其结构的分析,发现传统热管应用于辐射采暖具有一定的局限性,针对传统热管用于辐射采暖的局限性,提出了一种低温地板辐射供暖用的新型热管的设计方案。该新型热管的特点在于实现了气相工质和液相工质相互独立流动,减小了流动阻力,避免了热管的携带极限、干涸极限等传热极限的发生;并且增大了蒸发段和冷凝段换热面积,使热水管道与地板层的换热量显著增加。该热管应用于低温地板辐射供暖系统可以增大换热面积、提高换热量、降低供水温度,从而达到节能的目的,同时,为太阳能等低品位能源直接应用于供暖系统的研究提供参考。     

汽-汽再热器内流动与换热特性数值研究

为了揭示汽-汽再热器的换热特性，本文首次通过三维数值模拟的方法对汽-汽再热器内的流动、换热及熵产特性进行了研究。结果显示，当高温蒸汽流速较小时，高温蒸汽侧进口处的温度梯度较大，而低温蒸汽侧出口处的温度变化不明显；随着高温蒸汽流速增大，高温蒸汽沿流程的温度梯度逐渐减小，低温蒸汽出口平均温度逐渐增大，同时换热器内局部熵产值逐渐增大；随着管壳式换热器隔板数的增加，低温蒸汽出口平均温度逐渐增大，但增幅逐渐减小。     

CO_2跨临界水水热泵气体冷却器研究

为提高CO2跨临界循环水-水热泵的效率,对气体冷却器进行了研究.对原有管壳式气体冷却器建立了模型并计算了该气体冷却器沿管长的温度分布.对该气体冷却器进行了实验研究,并改变结构参数以提高气体冷却器的换热效率.计算结果显示CO2侧的换热系数沿管路存在峰值,但要低于水侧的换热系数,主要原因是流量小.增加换热管长,并减小管数,有利于管内换热系数的提高,而且压力降在可接受的范围.通过实验与计算值的对比,CO2出口温度计算偏差小于9%,水温出口温度计算偏差小于5.3%.     

土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响分析

以土壤毛管水力特征曲线为基础,通过数值模拟手段,计算分析地下水位线变化对水平换热埋管换热特性、土体热失衡风险和热泵机组技术经济特性的影响规律,并提出“单位热影响面积换热量”这一新的评价指标,讨论土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响规律。研究结果表明：随着地下水位线埋深变浅,埋管水平土壤含水饱和度从12%增加到100%时,在制冷工况下,水平管延米换热量增加了30%,出口水温降低了23%,单位热影响面积换热量提高了47%;制热工况下,水平管延米换热量增加了24%,出口水温升高了25%,单位热影响面积换热量提高了39%。地下水位线埋深和土壤中含水饱和度对水平埋管换热器地下换热效率影响显著。同时,不同水力特征曲线的蓄能土体热失衡风险具有差异性。     

在螺旋套管冷凝器内R417a凝结换热性能的实验研究

在空气源热泵热水器中,使用混合型制冷工质R417a,冷凝器采用螺旋套管换热器且套管环形空间内制冷剂与内管中的水逆流换热。对在不同工况下,环形通道内R417a的凝结换热特性进行实验研究和理论分析。实验的工况为:水的体积流量为0.60～1.00 m~3/h,水的流速为0.58～0.98 m/s,冷凝器进水温度为20.0～55.0℃。实验结果表明:环境温度为15.0℃,螺旋套管内R417a的凝结传热系数随冷凝饱和温度的升高而减小,局部凝结传热系数随干度的增大而增大。当冷凝器进水体积流量为0.60 m~3/h,饱和冷凝温度由40.0℃增加至60.0℃时,冷凝器制冷剂侧凝结传热系数从3 839.0减小至2 372.0 W/(m~2·K),约减少了38.1%。     

连续螺旋折流板管壳式换热器动态特性研究及预测

建立了可进行壳管式换热器动态特性试验研究系统,通过试验研究的方法对水-油为换热工质的连续螺旋折流板管壳式换热器动态特性进行了试验研究,进口流量扰动为等百分比流量特性,研究了4种流量扰动方式下水和油出口温度的动态响应。同时研究了在一定Re数下,不同的流体扰动量对换热器进出口温升的影响,得到了换热器进出口温升与流体扰动量之间的关联式。实验表明,液液换热系统温度的动态响应时间比较长,研究发现在正负的流量扰动下,换热器进出口温度变化呈现线性变化,进出口温升在正负流量扰动下其变化曲线具有对称特征。分别建立了有限差分数值预测模型及人工神经网络模型对换热器油侧的出口温度进行了动态预测,预测结果与试验值符合良好,人工神经网络的预测结果要好于数值模拟预测,其偏差绝对值在1.3%以内,表明人工神经网络在进行复杂的系统辨识时具有一定的参考及应用价值。     

Experimental and analytical investigation on an automobile radiator with CuO/EG‐water based nanofluid as coolant

In the present study, experimental and analytical thermal performance of automobile radiator using nanofluids is investigated and compared with performance obtained with conventional coolants. Effect of operating parameters and nanoparticle concentration on heat transfer rate are studied for water as well as CuO/EG‐water based nanofluid analytically. The results are presented in the form of graphs showing variations of net heat transfer rate for various coolant flow rate, air velocity, and source temperature for various CuO/EG‐water based nanofluids. Experimental results indicate that with the increase in coolant flow rate and air velocity, heat transfer rate increases, reaches maximum and then decreases. Experimental investigation of a radiator is carried out using CuO/EG‐water based nanofluids. Results obtained by experimental work and analytical MATLAB code are almost the same. Maximum absolute error in water and air side is within 12% for all flow condition and coolant fluids. Nusselt number of nanofluid is calculated using equation number 33[9]. The results obtained from experimental work using 0.2% volume CuO/EG‐water based nanofluids are compared with the results obtained from MATLAB code. The results show that the maximum error in the outlet temperature of the coolant and air is 12% in each case. Thus MATLAB code can be used for different concentration of nanofluids to study the effect of operating parameters on heat transfer rate. Thus MATLAB code developed is valid for given heat exchanger applications. From the results obtained by already validated MATLAB code, it is concluded that increase in coolant flow rate, air velocity, and source temperature increases the heat transfer rate. Addition of nanoparticles in the base fluid increases the heat transfer rate for all kind of base fluids. Among all the nanofluid analyzed in this study, water‐based nanofluid gives highest value of heat transfer rate and is recommended for the heat exchanger applications under normal operating conditions. Maximum enhancement is observed for ethylene glycol‐water (4:6) mixture for 1% volume concentration of CuO is almost equal to 20%. As heat transfer rate increases with the use of nanofluids, the heat transfer area of the radiator can be minimized.     

蓄热式管壳换热器传热特性研究

针对热电联产机组供热期发电负荷受供热量限制,机组调峰能力下降、电力系统弃风弃光现象严重的问题,设计了一种新型蓄热式管壳换热器。利用相变材料蓄/放热过程中温度接近恒定、释放潜热量大等优点,选取石蜡为相变材料,换热器相变区作为换热单元,采用控制变量法,针对传热流体流速、相变材料导热系数及相变层厚度等关键因素,对换热单元的蓄/放热过程进行数值模拟。结果表明:提高传热流体流速可增强换热单元蓄热能力,缩短相变材料完全熔化时间,放热过程中为保证换热器输出端热量,应适当选取传热流体流速;使用复合材料提高相变材料导热系数能够增强换热单元的换热能力,在相同传热流体流速下使换热单元平均传热系数较纯石蜡工况提升2倍以上;增加相变层厚度在放热过程中可延长传热流体出口温度维持的时间。     

Performance Analysis of a Heat Pipe Heat Exchanger Under Different Fluid Charges

An experimental study was conducted on the effects of the amount of working fluid on the performance of a two-row copper-R134a heat pipe heat exchanger at the air side. The heat pipe heat exchanger operates in the horizontal configuration, and five different fluid charges were studied to cover the underload and overload cases. Moreover, the calculated outlet temperature of the evaporator side, obtained from the heat exchanger simulation, was compared with the experimental results. Based on the present study, it was found that the optimum performance of the copper-R134a heat pipe heat exchanger can be achieved at a fluid charge slightly exceeding the amount required to saturate the wick.     

开放式热管中温太阳能空气集热装置的试验研究

设计一种使用简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)集热板和新型开放式热管组合的全真空玻璃集热管中温太阳能空气集热装置。每个集热单元包括一个简化CPC集热板,一根全真空玻璃集热管,在玻璃集热管内安装一个铜管和外部的一个蒸汽包连接构成一个开放式热管结构。蒸汽包内安装螺旋换热管加热通过换热管的流动空气工质。分别使用水和CuO纳米流体作为热管工质,以空气作为集热工质,对热管式中温空气集热器的传热特性进行了实验研究。分析了不同工作压力、不同工质及纳米流体质量分数对热管集热传热特性的影响,详细比较了热管水工质和纳米流体工质在集热传热性能上的优劣。试验结果表明:本系统只使用2根玻璃集热管构成集热器,空气最大出口温度在夏天可达到200℃,在冬天可接近160℃,系统平均集热效率达到0.4以上,整个系统表现了良好的中温集热特性。以纳米流体为工质的热管热阻比以水为工质时平均降低了20%左右     

扭曲椭圆管换热器壳程强化传热的数值研究

基于扭曲椭圆管的换热器是一种新型的新风系统换热器,针对扭曲椭圆管及其应用特点,设计了两种不同结构参数的新风系统换热器。应用FLUENT软件,在夏季工况下对两种不同结构参数的新风系统换热器壳程进行模拟分析,并通过与实验数据的对比,验证计算模型的可靠性。结果显示在相同体积流量下,随着壳程开孔面积的增大,对流换热系数h不断减小,压降Δp不断减小,综合性能系数h/Δp^1/3变化不明显;随着螺距的减小,对流换热系数h不断增大,压降Δp不断增大,综合性能系数h/Δp^1/3也不断增大;流场分析显示,扭曲椭圆管换热器壳程流道内,呈现出明显沿着扭曲椭圆管壁面的螺旋流,使得空气在流道内充分扰动,增强换热效果。     

换热管内旋向自交叉转子强化传热性能研究

利用综合传热性能实验台,研究对比旋向自交叉转子、同向转子的换热器和光管的传热性能。结果发现:通过Webb性能比较方法,在同样面积和同等泵功率情况下,同向转子比光管换热器的换热量最大可提高为6.99%,而旋向自交叉转子比光管的换热量最大可提高8.11%,并计算推导了旋向自交叉转子与同向转子、光管之间的准则关联式;同时研究了换热量与转子外径的关系,结果发现换热量随转子外径变大而增多。     

椭圆热管传热与阻力性能分析

为解决圆形热管换热器换热效率低、积灰和腐蚀严重的问题,应用椭圆管束进行了改造。通过实例分析计算,效果显著：在相同折合速度下,椭圆热管换热器的传热系数明显高于圆形热管换热器;在相同总压降下,椭圆热管换热器的传热系数也比圆形热管换热器高得多;无论在烟气侧,还是在空气侧,同一速度下椭圆热管换热器的流阻损失明显下降．下降幅度达80％左右。提出了进一步改善积灰和腐蚀的措施。     

海上油气平台余热朗肯循环发电系统热力学分析

海上油气平台存在大量的燃气轮机余热。通过建立海上平台余热朗肯循环发电系统仿真模型,开展平台余热发电热力学及热经济性分析。选取工质泵功率、发电机输出功率、系统热效率、换热面积和单位面积发电量等参数作为优化目标,研究不同冷凝温度下优化目标函数随蒸发器烟气进出口温差的变化规律。结果表明:随着蒸发器烟气进出口温差的增加,工质泵功率、发电机输出功率和系统APR先增大后减小。冷凝温度越高,工质泵功率越大,发电机输出功率和系统热效率越小。当冷凝温度为65℃时,系统APR最大。受透平出口蒸汽干度的限制,所研究工况下,系统发电机最大输出功率为7 496 kW,系统最大热效率和APR分别为14.16%和5 kW·m~(-2)。研究结果可为撬装化、集成化海上油气平台余热发电系统研制提供理论参考。