换热器EHD强化空气对流传热及其动力学分析

以空气为实验工质,对以光管、横纹管为传热管的管束换热器强制对流传热进行了高压电场强化(EHD)实验研究,得到了努塞尔数与雷诺数,传热强化系数与外加电场电压的关系曲线,验证了外加高压电场对管束换热器对流传热有一定的强化效果。还对实验采集及数值模拟所得的壳程压力波动信号进行了最大李雅普诺夫指数计算和分析,从动力学的角度研究了EHD强化传热机理。结果表明,当有高压电场作用时,换热器传热系统较易出现混沌,从而强化传热。     

螺旋隔板换热器壳侧传热与流阻性能研究

螺旋隔板是强化管壳式换热器壳侧传热十分有效的壳程结构型式。以现场的压缩空气为工质 ,分别对花瓣状翅片管 (以下简称为 PF管 )与低肋管在螺旋隔板支承下的传热与流阻性能进行实验研究。结果表明 ,花瓣状翅片管比低肋管具有更优越的传热性能 ,在同等的 Re下 ,PF管螺旋隔板换热器的壳侧传热系数比低肋管螺旋隔板换热器高出 40 %～ 60 % ,而且其压力损失比低肋管低 30 %～ 40 %。此外还与光滑管螺旋隔板和弓形隔板换热器进行对比     

高效异型强化管的研究现状及发展方向

高效异型强化管的传热机理是通过各种细微加工,在管壁上形成凸起,或将管壁沿轴向制成波纹或螺旋凹槽,建立无源扰动来增大传热系数,强化传热效果。分别论述了螺旋槽纹管、横纹管、缩放管、管内插入物、波纹管、旋流管、高效沸腾传热管、锯齿形翅片管和花瓣形翅片管等各种结构的高效异形强化管的研究现状。这此强化管的传热和流阻试验关联式局限性很大,工作介质基本上是水和空气。为准确确定物性的影响,应扩大试验介质的范围,应以水和油为工作流体,将试验数据整理为传热因子与摩擦因子的关联式。     

花瓣形翅片管的开发及其纵向冲刷冷凝强化传热的研究

对花瓣形翅片管在纵向冲刷条件下的冷凝传热性能及传热强化机理进行了研究。通过对实验结果的分析得知，由于该翅片管既能充分发挥冷凝液表面张力的作用，又能干扰汽液两相流态，增加边界层的湍流，因而对强化纵向冲刷冷凝具有明显的效果，其平均冷凝传热系数是光滑管的１１～１８倍。     

表面强化传热对固定床费-托合成的影响

采用小型池沸腾实验装置研究普通光滑管、表面多孔管和T型槽管的沸腾特性,考察反应管的结构参数对沸腾传热的影响规律,并在中型装置上分别采用普通光滑管、多孔表面管和T型槽管3种形式的反应器,研究了强化传热对固定床费-托合成性能的影响。结果表明:在小型池沸腾实验装置上,表面多孔管和T型槽管的强化传热性能明显优于普通光滑管,能降低起始沸腾过热度,使得沸腾现象较普通光滑管提早发生,但在不同的热流密度范围,表面多孔管和T型槽管的强化传热性能不同;表面多孔管和T型槽管反应器均可以改善费-托合成性能,表面多孔管在低转化率时强化传热效果不明显,但随热流密度增加,传热性能得到改善,催化剂床层温度分布趋于均匀,T型槽管对反应的促进效果更明显,在相同反应条件下,CO转化率增加,C_5~+选择性提高;与多孔表面管相比,T型槽管可以显著提高管外介质对管壁的给热系数,使反应管的传热得到强化。     

板式换热器作为压缩机冷却器时的传热和流阻性能

以现场的压缩空气为实验工质 ,对压缩空气在人字形波纹板式换热器的传热与流阻性能进行实验研究。研究结果表明 ,与传统的光滑管弓形隔板换热器相比 ,板式换热器能非常有效地强化空气侧的膜传热系数。但是板式换热器的膜传热系数是花瓣状翅片管 (PF管 )螺旋隔板换热器的 30 %～ 4 0 % (以胚管外表面积计算 ) ,是低肋管螺旋隔板换热器的 4 0 %～ 50 % ,然而其压力损失却是PF管螺旋隔板换热器的 3～ 5倍 ,是低肋管螺旋隔板换热器的1.7～ 3倍。此外还从传热与流阻性能、传热效率、紧凑性和经济性等方面对板式换热器的整体性能进行了评价。     

旋流管管内换热与阻力的实验研究

对 8根结构参数不同的旋流管的换热特性和管内阻力做了实验研究 ,给出了换热与流阻的关联式。实验中 ,水蒸气与水自成循环 ,旋流管内走冷水 ,水蒸气在管外冷凝 ,冷凝后的凝液用计量杯计量 ,通过改变旋流管内冷水流量 ,得到不同流量下的冷凝传热工况 ;阻力测量在冷态条件下进行 ,常温的水经管道流入旋流管内 ,通过测量不同流量下的压降来测定阻力。实验结果表明 ,所有旋流管的换热系数均高于光滑管 ,与同类型的其它异型强化管相比 ,旋流管传热性能更优越 ,在相同传热量下 ,旋流管的换热系数比螺旋槽纹管高 3%～ 8% ,压力损失低 5%～ 1 0 %。     

新型高效强化传热元件——钉翅管的传热性能

介绍了一种新型高效传热元件——钉翅管,从理论和实验两方面论证了该钉翅管具有其他管外强化传热管无可比拟的的强化传热性能。实验证明其强化传热效果十分明显。     

乙烯裂解炉管强化传热研究进展

综述了国内外乙烯裂解炉管强化传热技术的最新研究状况。从实验和数值模拟两方面,分析了不同强化传热技术的传热效果和实际应用情况,并且比较了各技术的优缺点。设计新型强化传热构件,并利用先进的CFD技术模拟优化设计过程是目前乙烯裂解炉管强化传热研究的主要方向。计算机技术带动CFD技术的迅速发展为其在乙烯裂解炉管强化传热研究上的应用展示了广阔的前景。     

波纹管与缩放管传热性能比较及场协同分析

利用FLUENT软件对波纹管、缩放管和光管夹套间空气对流传热进行了数值模拟,结果表明波纹管有较好的综合强化传热性能。应用场协同理论分析了波纹管、缩放管强化传热机理,发现在波纹管波峰下游处,温度梯度和速度场之间的夹角变小,纵向速度场和温度梯度场更加均匀,协同程度最好,从而强化传热。通过实验验证了数值模拟的可行性。     

纵向翅片管管外换热与阻力特性的实验研究

换热器管外强化传热技术主要是对光管合理肋化 ,即在光管上敷设一定形状的翅片进行强化换热 ,翅片对扩大换热面积和改善流体的流动状态均有较显著的作用。但纵向翅片管却依赖进口。为此 ,采用修正的威尔逊修正图解法 ,利用稳定工况下测得的实验数据 ,研究了焊接式纵向翅片管换热器翅片侧的传热特性和阻力特性 ,并与同规格光管换热器做了对比 ,得到了在一定物性和流态下该种换热器的换热及阻力准则关系式。在相同的Re情况下 ,纵向翅片管换热器传热系数K值明显高于光管换热器 ;在Re值较低的情况下 ,翅片管外翅片的强化传热效果更好 ;与有折流板的光管换热器相比 ,纵向翅片管换热器壳程压力损失较小     

壳程轴流型换热器的优化研究

提出了壳程轴流型换热器的优化目标函数,分析了最优化条件的存在性,并对三种矩形排列的光滑管、缩放管以及花瓣管的优化程度进行了传热性能的研究,与所得实验结果进行了对比,两者结论一致。研究表明：对于相同排列的三种管子,花瓣管的目标函数最小,缩放管次之,光滑管最差;对于同一种管子,22mm×28mm排列最优,22mm×26mm排列次之,22m×m24mm排列最差.     

斜针翅管强化传热管的数值模拟

采用Fluent软件,以水和柴油为换热对象,利用三维模型对柴油在3种不同规格的直针翅管、30°和45°的斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的温度场、压降及传热性能进行了模拟;并将斜针翅管与光滑管和直针翅管的结果进行比较。模拟结果表明,壳程为柴油时,针翅管的压降为光滑管的1～3倍,总传热系数约是光滑管的1.7～2.7倍;与直针翅管相比,斜针翅管的总传热系数提高约20%;斜针翅能使传热膜的系数增大,压降降低。     

套管对空温式气化器传热的影响

在空温式气化器翅片管内加装套管,将翅片管与套管作为整体建立传热计算模型,采用计算流体力学(CFD)数值模拟空温式气化器的传热过程,获得不同内径( φ6、φ8、φ10 mm)套管气化器流速、温度、气含率、传热系数的分布规律。搭建套管结构空温式气化器实验平台,通过实验验证数值模拟结果的可靠性。结果表明：模拟的气化器出口温度和实验结果误差为4.75%~6.46%,翅片表面的温度误差在7%以内,验证了数值模拟所采用假设的准确性;套管对传热管内流体的流动特性具有扰动作用,并提高了其换热能力;3种规格套管中  φ6 mm套管翅片表面温度最高,其气含率比无套管结构提高4%,强化传热效果最优。     

“T”形翅片管重沸器的研制与应用

针对石油化工行业中卧式重沸器技术落后、传热效率低的状况,研制开发了以采用“T”形翅片管为管外沸腾传热强化传热元件的新型高效设备——“T”形翅片管重沸器。对钢质“T”形翅片管进行了实验室实验和工业试验。工业试验表明,该设备在提高沸腾传热系数35%的同时也减少了所需换热面积35%。目前,钢制“T”形翅片管重沸器已广泛应用于炼油厂中。     

基于两相流型的立式热虹吸式再沸器结果分析

立式热虹吸式再沸器是乙二醇再生与回收系统中的核心设备,针对再沸器气化率低、管程出口管线因气化流型发生振动等问题,采用软件Aspen EDR对管程出口管内径分别为200 mm和300 mm进行了设计对比,通过在换热管内插入扭带对再沸器进行了强化传热。研究了管程出口管内径大小、扭带扭率及扭带厚度变化对气化率和气化流型的影响规律。结果表明:不同出口管径下,管内气化流型转换趋势基本一致;再沸器管程出口管内径为200 mm时,其总体运行效率更高;通过插入扭带,提高了再沸器的总传热系数和气化率,优化了管内的气化流型,提高了再沸器的换热性能;扭带扭率越低,再沸器的传热效率越优;当扭带扭率为4.76、扭带厚度为1 mm时,再沸器的综合强化效果最佳。     

横摇工况下FLNG绕管式换热器降膜流动换热数值模拟研究

绕管式换热器作为浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)的主低温换热器,研究其在海况条件下换热性能的变化对提高FLNG在海洋环境运行时的综合性能具有重要意义。本文以绕管式换热器内换热管的管外降膜流动换热过程为研究对象,建立了圆管与椭圆截面正弦波管管外降膜流动换热模型,分析对比了水平静止和横摇工况下2种换热管的周向局部换热系数和平均换热系数。研究结果表明,在水平静止状态下,椭圆截面正弦波管的换热能力高于圆管。在横摇运动状态下,横摇最大倾斜角对椭圆截面正弦波管换热性能最恶劣时刻的周向局部换热系数影响较小,横摇周期对其几乎无影响;横摇时间、最大倾斜角和周期对圆管与椭圆截面正弦波管周向平均换热系数均无影响。对比分析表明,椭圆截面的抗晃荡能力稍逊于圆管,但晃荡工况下其换热性能仍高于圆管。本文研究结果对绕管式换热器的设计与性能优化具有一定参考价值。     

斜针翅管强化换热器的研究

介绍斜针翅换热器针翅温度场、传热系数和压降的计算方法,并根据理论研究与试验数据得出形式简单、使用方便的半经验计算公式。对斜针翅管与光管、螺纹管进行了设计方案比较,结果认为在管外介质为高粘度流体时,使用斜针翅换热器强化传热效果较好,不仅可减少设备投资,还可降低操作费用。     

超声振动对换热器管内传热和压降影响

利用设计的超声振动装置和管壳式换热器模型 ,研究了在不同超声功率作用下 3种换热管的传热和流动性能 ,得到了超声振动对换热器的传热系数及管程压降的影响规律。结果表明 ,由于超声振动产生的空化效应破坏了层流边界层 ,使传热系数明显提高 ,同时降低了管程的压力降。实验还发现超声振动对波纹管的强化传热和降阻效果优于光管。研究结果为波纹管和超声振动的复合强化传热技术在管壳式换热器强化传热中的应用提供了理论基础。