内置左右旋螺旋叶片转子换热管强化传热实验

在传热及阻力特性实验装置上对内置左右旋螺旋叶片转子换热管的传热及阻力特性进行实验。换热实验管段是由2 m长的外管(φ57 mm×3.5 mm)和内管(φ25 mm×0.5 mm)组成的套管。实验结果表明,内置左右旋螺旋叶片转子换热管的努塞尔数(Nu)约是光管的2.5倍,阻力系数(f)约是光管的2倍;间距比为2的内置左右旋螺旋叶片转子换热管的Nu最大,间距比为3的次之,间距比为1的最小;间距比为1的内置左右旋螺旋叶片转子换热管的f最大,间距比为2的次之,间距比为3的最小;间距比为3的内置左右旋螺旋叶片转子换热管的综合性能最高,间距比为2的次之,间距比为1的最低。     

单元组合转子管式太阳能动态集热器实验研究

针对管式太阳能集热器集热效率低的问题,提出将太阳能光热利用与植物培养相结合的太阳能综合利用新方法——光热农业,并设计动态集热器,搭建单元组合转子管式太阳能动态集热实验台。以贮水温度变化、瞬时效率和平均效率作为检测指标,对比单元组合转子对管式动态集热器光热转换过程的影响,同时比较流速、转子结构和转子颜色的影响。实验结果表明,低流阻黑色转子组在各个方面都展现出优异的性能,光热转换效率在转子作用下大幅度提高,其中平均效率比光管组高32.63%;与同结构的两叶片转子比较发现,黑色转子性能优于透明转子;不同结构的转子比较发现,低流阻转子优于两叶片转子。同时组合转子无需外加动力、自清洁,在光热农业中具有广阔应用前景。     

不同导程转子组合的强化传热实验研究

以质量分数60%甘油水溶液为管程流体,将导程100 mm和400 mm的转子进行交错排列,对内置该组合转子的换热管进行了强化传热及阻力特性实验研究。为了保证实验方法和实验结果的准确性,在实验开始之前进行了光管实验验证。实验结果表明:导程交错2-6和导程交错1-3的2种方案的综合强化传热效果好,该2种方案的综合评价因子PEC值在1.4—1.8之间,而导程交错4-12的综合强化传热效果比较差,PEC值在1.3—1.6之间,不及导程全400 mm的PEC值,说明为了获得较好的综合强化传热效果,必须将大导程转子数量控制在小导程转子强旋流范围内,否则只会起到反作用。     

组合转子强化传热及阻垢装置稳定性分析

针对组合转子强化传热及阻垢装置在某石化企业冷却器中运行稳定性进行了研究。通过对装置转子的叶片磨损量以及转子的轴向长度进行测量分析得出,转子经过17个月的运转,最大径向减少量为1.1mm,占转子外径11.6%,若认为每年的磨损量相同,那么组合转子有效使用年限远远超过5年。转子轴向长度方向最大磨损量为0.315mm,占总长度的0.9%,在一定的条件下,轴向磨损基本可忽略。装置运行后转子表面存在少量污垢,但其未对装置运行的稳定性造成影响。装置运行后换热器无新增漏管的报告,故装置未对换热管造成严重的损害。由于现场安装不够规范以及挂件未能与换热管固定在一起,有部分装置的出水端挂件脱出换热管并倾倒,封头的安装也对其产生了一定的影响。针对挂件倾倒问题本文给出了解决办法。     

交叉排列不同外径转子的强化传热实验研究

将外径22mm和外径19mm两种转子以3:1、2:1、1:1三种比例方式交叉排列,并对其进行了强化传热及阻力特性实验研究。为保证实验方法和实验结果的准确性,对光管进行了实验验证。实验结果表明:交叉排列方案2:1的努塞尔数Nu最高,其强化传热综合评价因子PEC值与外径全22mm方案基本相同;而交叉排列方案3:1与方案1:1之间的Nu和PEC值相差不大,但也明显高出外径全19mm方案,这说明将两种不同外径的转子交叉排列具有很好的综合强化传热效果。单纯就这两种外径转子而言,将其以2:1的比例方式排列得到的综合强化传热效果最佳。     

不同位置转子组对组合转子强化传热性能影响

以质量分数60%甘油水溶液为管程介质,每组转子对组合转子传热和阻力特性的影响进行了实验研究。对光管性能进行了实验验证,以保证实验结果的可靠性。研究结果表明:加装L1,L3,L5型组合转子换热管的努塞尔数分别为加装L0型组合转子换热管努塞尔数的0.82倍、0.87倍以及0.73倍左右,阻力系数为0.88倍、0.9倍以及0.9倍左右。而对于综合评价因子PEC而言,加装L3型组合转子换热管的PEC大于加装L1型组合转子换热管的PEC,加装L5型组合转子换热管PEC最小。由此可得,相较于第1组转子,第5组转子对组合转子传热性能的影响最大,第3组转子的影响最小。     

螺旋叶片转子强化管抗污垢性能的数值模拟

采用流场分析软件FLUENT模拟研究了光管及内置螺旋叶片转子强化管的抗污垢性能,得到了换热管轴向以及径向颗粒污垢体积分数分布,并研究了颗粒直径对强化管抗污垢性能的影响。研究结果表明,与相同条件下的光管相比,强化管管内沉积的污垢明显减少,并且由于颗粒自身重力影响,换热管底部沉积的污垢体积分数高于换热管顶部;此外,随着颗粒污垢直径的增大,轴向方向上强化管底部的颗粒污垢体积分数有所增加,强化管顶部的颗粒污垢体积分数有所减小;径向方向上颗粒直径对强化管近壁区域的颗粒污垢体积分数的影响最为明显。     

同比例大小径转子组合的强化传热实验

以甘油水溶液为管程流体,水为壳程流体,对外径22mm和外径19mm相间排列的转子组合的换热管进行了强化传热及阻力特性实验研究。为保证实验方法和实验结果的准确性,对光管进行了实验验证。实验结果表明：将外径22mm转子和外径19mm转子以1︰1进行相间排列的方案的 和PEC（综合评价因子）高于将两种转子以2︰2进行相间排列的方案,又高于将两者以3︰3进行相间排列的方案,其 比外径全19mm方案高出19.17%～34%,PEC值达到了1.78～2.37,说明将两种转子相间排列的越频繁,其换热效果就越好;尽管3种方案的阻力系数与外径全22mm方案相差不大,但是从工业大批量应用节省材料、节约成本的角度来说,将大小径转子相间排列还是具有实际意义的。     

内置开孔螺旋叶片转子换热管强化传热实验

以60%甘油水溶液为管程介质,对内置不同孔径开孔螺旋叶片转子换热管过渡区传热和阻力特性进行了实验研究。对光管性能进行了实验验证,以保证实验结果的可靠性。同时,对比分析了转子开孔孔径对其强化传热性能的影响,实验结果表明：内置S=0.375螺旋叶片转子换热管努塞尔数比内置S=0以及S=0.25螺旋叶片转子换热管的努塞尔数分别高出9.5%和21%左右,阻力系数高出9%左右。而对于综合性能而言,内置S=0.375螺旋叶片转子换热管的综合评价因子大于内置S=0螺旋叶片转子换热管的综合评价因子,内置S=0.25螺旋叶片转子换热管综合评价因子最小。综上可得,较大直径的开孔能提高转子的综合性能,但是较小直径的开孔反而会减弱转子的强化传热综合性能。     

内置转子圆管内液体流动的PIV测量

采用粒子图像测速技术对安装三叶片转子的圆管、安装两叶片转子的圆管及光管进行实验研究,获得了换热管内流场的分布情况. 结果表明,圆管内安装小导程三叶片转子的轴向速度沿径向的分布与圆管内安装两叶片转子差异不明显,均呈近M型分布,但径向速度沿径向的分布明显大于两叶片转子,且湍动能沿径向的分布也高于两叶片转子. 以湍动能的衰减长度作为表征单个转子的作用范围量,在管内放置单个转子后,湍动能逐渐衰减,并在经过约10 mm距离后稳定在一恒定值附近,因此,认为洁能芯转子的作用范围长度为10 mm,这对工业应用具有重要意义.