多层套筒蓄热单元结构的蓄热特性

为了改善相变材料导热系数低的缺陷,提出了一种由套筒-肋片复合结构组成的多层套筒蓄热单元结构。基于焓法模型对多层套筒蓄热单元结构的相变蓄热过程进行了数值模拟,计算结果和实验数据吻合良好。将多层套筒蓄热单元结构与光管蓄热单元结构以及单层套筒蓄热单元结构进行了对比分析,结果表明,相比光管结构,多层套筒蓄热单元结构内相变材料的完全熔化时间极大降低;相比单层套筒结构,多层套筒蓄热单元结构内相变材料的总蓄热量增加了1.5倍,相变材料的完全熔化时间增加了1.4倍。通过分析多层套筒蓄热单元结构的蓄热过程,发现套筒-肋片复合结构存在较大热阻,会影响相变材料的对流传热过程。将多层套筒蓄热单元结构进行开孔得到了多孔套筒蓄热单元结构,多层套筒和多孔套筒蓄热单元结构的蓄热效果对比结果表明,相比多层套筒蓄热单元结构,多孔套筒蓄热单元结构的蓄热面积降低了8%,相变材料的完全熔化时间增加了2.4%。     

高温热管翅强化管内对流换热研究

为研究高温热管翅强化传热的性能 ,对带有热管翅片的单管进行了实验研究 ,给出了实验传热系数曲线及其准则关系式 ,并与光管换热关联式进行比较 ,结果表明用热管翅做翅片强化管内换热效果明显 ,其传热系数远高于光管内的传热系数     

4种圆弧型开缝翅片特性数值模拟

热交换器是能源利用的重要设备,针对高效低能耗热交换器的开发,一些研究提出对热交换器翅片进行开缝处理。利用FLUENT软件对4种四排圆弧型开缝翅片的传热性能和阻力特性进行了数值模拟,在速度变化较大范围内,得到了传热和阻力特性曲线,引入一个评判综合传热性能的强化传热准则。模拟结果表明,在速度较低时,圆弧型组合开缝翅片的综合换热性能较好;在速度较高时,开窄缝的圆弧型翅片综合换热性能较好。     

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。     

空气-水蒸气混合气体在换热圆管内外冷凝相变数值研究

为提高相变热交换器的传热性能,应用Fluent软件分别对空气-水蒸气混合气体在换热圆管内、外的冷凝换热进行数值模拟。气液两相流采用体积函数法模型,水蒸气在空气中的扩散采用组分运输模型,水蒸气冷凝的相变模型采用Knudsen相变系数模型。分析了冷凝相变流场,研究了空气质量分数对冷凝相变过程的影响。结果表明,水蒸气的冷凝需经过对流区、组分扩散区、液膜阻力区;传热系数随混合气体中空气质量分数的增加而降低,随混合气体流速的增大而升高;当换热圆管内空气质量分数为0.3时,传热系数相比纯蒸汽冷凝降低50%;在相同工作条件下,蒸汽于管内发生冷凝的传热系数较于管外低68.4%。     

板翅式热交换器平直翅片流动与传热性能试验研究

通过空气-水传热试验,对平直翅片的流动传热性能进行了研究。试验结果表明,空气流速2.2~5.6m/s时,翅片间空气侧的对流传热系数为50~141W/(m2·℃),流动摩擦压降为40~90Pa。实现翅片高效换热的空气流速是2.2~3.7m/s,对应的翅片总效率在0.85~0.92。     

套管式折流杆管束换热器壳侧传热与流阻性能

针对普通套管式换热器的不足 ,设计了套管式折流杆管束换热器壳程内部结构。对不同内部支承结构与管束组合的套管式管束换热器壳侧进行了传热与流阻性能实验研究 ,得到了 3种换热器壳侧对流传热系数及压降随流量变化的关系曲线。实验结果表明 ,套管式折流杆螺旋槽管束换热器壳侧具有较好的传热与流阻性能。     

一种新型相变蓄热材料的实验研究

将有机相变蓄热材料与导热系数高的无机物进行纳米复合创新的方法,克服现有有现蓄能材料存在液体渗漏,传热率低,相变时体积变化,有可燃性,对母体材料有副作用以及无机蓄能材料存在腐蚀性,相变过程中具有过冷和反相等缺点,将有机相变材料嵌入到导热系数较高的二氧化硅纳米层空间内,制备有机－无机纳米复合相变蓄热材料,采用扫描电镜,红外光谱分析仪,差示扫描量热分析仪,导热系数仪分析制备的复合相变材料,结果表明,复合相变材料是孔纳米复合材料,其蓄能能力较好,导热性能好。     

低雷诺数混沌流翅片传热和阻力性能研究

应用CFD软件FLUENT对新型混沌流翅片单通道模型进行了数值模拟,分析比较了不同结构参数和流速对新型混沌流翅片表面流动与传热性能的影响。模拟计算结果表明,尺寸效应对混沌流翅片中混沌流的产生影响不大,只要达到一定雷诺数,流动就会进入混沌状态;在此基础上得到了翅片摩擦因子f和传热关联式。通过实验验证了关联式计算数据与实验数据最大误差不超过11·2%,表明将数值模拟应用于新型混沌流翅片的研究是可行的,为混沌流翅片的研究和应用提供了一定的参考。     

分流栅强化管传热与流体流动数值模拟

对于传热管内湍流,特别是带有管内插入物的湍流,其管内流体的流动细观信息和强化传热机理还不十分清楚。为此,提出一种分流栅新型管内插入物强化传热管。采用数值模拟方法研究了不同分流栅设置间距时管内流体的传热及阻力降性能,并与光管进行了对比。结果表明,内插入物促进核心流体与边界层流体的混合,减薄层流底层,强化了对流传热,并增大了换热面积;同时,由于内插入物的影响,管内流体的阻力降显著增加。在研究范围内,插入物分流栅设置间距为50mm时强化管综合性能最佳。     

新型肋板式相变蓄热器蓄热和放热性能试验研究

通过改变蓄热器的摆放方向和倾斜角度测定蓄热器完成蓄热、放热时间的方法,研究了自然对流对蓄热器性能的影响。试验结果表明：①随着倾斜角度的增加,自然对流对蓄热器蓄、放热速率的影响逐渐增加,使得蓄热器的蓄、放热时间逐渐缩短。②相同的倾斜角度下,不同的摆放方式对蓄热器性能的影响不同。     

热流体在地层中的能量守恒方程

在考虑热传导、热对流和热耗散的作用下,对热流体在地层中的不稳定渗流问题进行了分析。建立了一维能量守恒方程,引入地层热力长度的概念,它表示的是考虑地层热损失时,注热的有效利用程度;确立了地层热力影响周期的概念,即地层温度下降幅度为一个对数周期地层受热力影响的长度。引入无量纲对流速度准数、无量纲注入速度准数、无量纲时间准数的概念,这些准数有益于分析地下热力场的分布和变化。数值计算表明,在没有对流影响的情况下,存在一个相对恒定的热力影响周期,即注入热载体的波及范围（或波及长度）;而热对流作用的存在,将显著地增大热力波及范围,从而提高热力的利用率。     

新型相变材料对低热水泥浆性能的影响

深水低温天然气水合物地层固井,需要水泥浆体系在水化过程中少发热,尽量降低水合物地层温度上升的程度。因此,针对深水天然气水合物地层固井,研究了一种用于低热水泥浆体系设计的新型相变材料,并研究了相变材料的热存储性能及其对水泥浆体系性能的影响。实验结果表明,新型相变材料相变峰值温度为15.5℃,相变温度在井下低温与常温之间,且相变潜热较大。当相变材料在77.8℃以下时,具有良好的热稳定性,且在0℃～60℃之间经历多次升降温后,相变材料化学结构没有发生变化。随着相变材料加量的增加,水泥浆的流变数据呈现增大的趋势,但加量达到8%时流变性依然满足固井施工要求。此外,新型相变材料可以改善水泥浆体系的稳定性。相变材料对低热水泥浆体系的抗压强度影响不大,加入8%相变材料的水泥石抗压强度也达到8.9 MPa,抗压强度最大下降幅度小于5%。当加入2%、4%、6%、8%相变材料后,水泥浆体系稠化时间比无相变材料水泥浆体系最大缩短约15 min,水泥浆体系72 h水化热较空白水泥浆体系分别下降5.2%、29.1%、35.6%、47.6%。研究结果为天然气水合物层低热水泥浆体系的设计提供了支持与参考。      

石蜡/氧化石墨烯复合相变材料的制备及其热物理性能

采用液相组装法制备了石蜡插层氧化石墨烯复合相变材料。采用SEM、FT-IR、XRD、TG-DSC等手段分析测试了相变材料的微观结构及热物理性能,考察了氧化石墨烯的加入对石蜡的相变潜热、相变温度等热物性的影响。研究结果表明,经石蜡插层氧化石墨烯能明显地改善复合相变材料的导热性能,石蜡/氧化石墨烯相比于石蜡的相变潜热增加、相变温度有所升高,且储/放热时间比石蜡减少。石蜡质量分数为40%的复合材料的相变温度为62.6℃、相变潜热为179.2J/g。     

开孔平直(波纹)高效内翅管热交换器的研究开发

对几种不同结构内翅管的传热和阻力特性进行了实验分析,通过工程实际计算应用比较,揭示了高效内翅管的优越性,提出了采用开孔平直(波纹)内翅管替代原光管作为新一代列管式热交换器的发展方向。     

催化裂化再生器外取热器分类及换热性能分析

从换热过程的内在规律出发,将已投用的外取热器分为阀控上流式、阀控下流式、气控下流式、无循环式 共４种形式;提出了热量分解概念,外取热器热量由对流热和当量“扩散热”两部分组成。已投用的外取热器中,气 控式设备效率最高,单位外取热器设备体积取热量为 ０、４５ ＭＷ／ｍ~３,其他形式为 ０．３ ＭＷ／ｍ~３,再考虑滑阀造价,气控 式投资明显低于阀控式;对应同样的流化气速和催化剂循环量,气控式能提供更高的催化剂温度及更大的换热强 度;各种取热器均可用肋片强化,肋片效率一般在０．７左右。     

天然气水合物注热开采热前缘传热方式探讨

为了探讨注热开采天然气水合物(以下简称水合物)过程中控制热前缘移动的主要传热方式、判别目前大多数解析模型只考虑热传导而忽略热对流影响的处理方式是否合理,在室内进行了注热开采水合物实验,并将所得结果与Selim解析模型的计算结果进行了对比分析。结果表明:(1)热前缘推进速度随注热水速度的增大而增大,而随注热水温度的升高则变化不大,说明热对流是促进热前缘移动和水合物分解的关键因素;(2)在同等条件下,实验测定的热前缘移动速率是上述模型计算结果的10倍左右,结果差异如此之大主要是因为后者仅考虑了热传导传热方式;(3)计算得到注热开采水合物过程由热传导传递的热流量仅占总热流量的6.04%,而通过热对流传递的热流量则占总热流量的93.96%,通过热对流传递的热流量是通过热传导传递的热流量的15.56倍。结论认为,热对流是控制注热开采水合物热前缘移动的主要传热方式,目前大多数解析模型只考虑热传导这一种传热方式而忽略热对流影响的处理方式是不合理的,应同时考虑热对流、热传导两种传热方式才符合实际情况。     

提高管式加热炉处理能力的技术改造措施

针对早期建造的炼油厂和化工厂在役管式加热炉热负荷和热效率低的状况 ,提出了若干技术改造措施包括 ,增大对流管表面积以增大对流段的热负荷 ;增加辐射管的换热面积 ;修正烟囱高度 ;换用新型燃烧器 ,变自然通风为强制供风 ,以增大燃烧器的发热量 ,减小过剩空气系数 ,节省燃料 2 %～ 3% ;在对流段和烟囱之间增设空气预热器以提高空气入炉温度 ;采用高温辐射涂料增强辐射换热效果 ,从而增加热源对炉壁的辐射传热量和炉管的传热量等     

铝板翅式换热器翅片表面性能的试验研究

目前,国内进行板翅式换热器设计时,直接采用日本神户钢铁公司的翅片表面性能曲线势必会导致板翅式换热器热力设计有较大的误差。为此,设计并搭建了一台翅式换热器翅片表面性能试验装置,对锯齿形、波纹形、百叶窗形3种常见的铝翅片表面进行了冷态和热态试验研究,测定翅片表面传热性能和摩阻损失曲线,得到了雷诺数Re与传热因子j、摩擦因子f的关系。试验结果表明,国产翅片的摩擦阻力与国外接近,甚至低于国外,而传热性能大约低10%;在Re>4000时,随着雷诺数的继续增大,国产翅片传热性能降低较快,这说明国产翅片的加工工艺、制造精度和材料冶金工艺等虽已接近国外先进水平,但还有待进一步改进。