基于Fluent 的管壳式换热器数值模拟及优化

文中针对当前管壳式换热器结构特点及特性,提出了T型折流板和Y型折流板2种新的折流板结构.利用ANSYS Workbench平台,创建了T型折流板和Y型折流板管壳式换热器的几何模型及有限元模型.同时,利用Fluent分析了换热器在不同流体入口速度下的壳程流动及换热性能.针对Y型折流板管壳式换热器,研究了折流板侧板夹角对Y型折流板换热器壳程换热性能的影响.利用DesignExploration多目标优化工具,对T型折流板的结构参数进行了优化.     

螺旋折流板热交换器及相关计算

弓形折流板在管壳式热交换器中被广泛应用,换热管轴线与折流板成90°布置,物料在流动过程中存在滞流、死区,使折流板容易结垢,影响换热效果。而且在介质流量有较大波动时容易造成换热管与管板的焊缝失效。螺旋折流板热交换器中换热管与折流板非垂直安装,能够有效地解决物料在折流板上滞流、结垢的问题,同时可以减小管束振动的程度,延长设备使用年限。在相同的运行条件下,螺旋折流板热交换器与弓形折流板热交换器相比,具有传热效率高、压降低、振动小、相同工况下能减小设备尺寸等优点。     

三种管壳式换热器传热与流阻性能对比实验研究

弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在流动阻力大和传热死区大等缺点,折流杆换热器壳程流体纵向流动,但当壳程流体雷诺数Re较小时传热性能不佳。为克服上述缺点,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,该换热器壳程流体总体呈纵向流动,局部区域流体倾斜冲刷换热管束。对斜向流换热器与折流板换热器和折流杆换热器传热与流阻性能的对比实验研究表明,在同等壳程流体流量下,斜向流管壳式换热器的传热系数、压降和综合性能均介于折流板换热器与折流杆换热器之间。研究结果为管壳式换热器升级换代提供了一种新技术和新装备,也为热力系统中换热器选型和结构优化设计提供了重要依据。     

高温高压U型折流杆换热器的制造技术

折流杆式换热器是一种壳体内的折流元件由一系列细小的折流杆组成的管壳式换热器,是为了改善常规的板式折流板换热器的流体诱导振动而设计的。折流杆与换热管之间的配合是否精密,决定了换热器管束是否能够满足设计技术要求。而对于高温高压工况下的U型折流杆换热器,在制造技术上需克服折流圈的装配、换热管消应力处理、装配精度高等相应难题。在某石化公司第二转换炉废热锅炉(E-8)制造过程中,针对以上制造难点进行了攻关,通过提高换热管的精度要求、采用模具组装法保证折流圈组对间隙、对每个规格的U型管在弯制中进行预估,并采用整体入炉热处理方法控制变形量,解决了制造过程中的加工工艺以及制造上的难题。     

华能汕头电厂2号机闭冷器改造

折流杆换热器是为了解决大型换热嚣振动问题而研制的一种高效、节能和耐用的新型换热设备.采用折流杆技术的换热器壳程不再设置折流板,取而代之的是由折流杆组成的折流圈.针对华能汕头电厂2号机铜管折流板式闭冷器运行中存在的问题,通过分析,决定采用折流杆技术对该闭冷器进行改造.改造后,其传热、阻力和振动等重要性能都优于原来的闭冷器,且换热管断裂问题得到解决.     

高效管换热器壳程传热强化效果及机理

采用数值模拟的方法研究几种高效管换热器壳程传热强化效果和机理。结果发现,在所研究的雷诺数范围内,相比于传统光滑换热器,螺旋波纹管、圆弧波纹管、波节管、锥纹管换热器的壳程努塞尔数分别提高26.2%～46.72%,11.01%～28.74%,9.55%～25.13%,7.52%～24.75%。螺旋波纹管的壳程压降高于光滑管,而其他三种波纹管的壳程压降却略小于光滑管。高效管波纹结构对壳程纵流和横流传热影响不同,同种管型相比,折流板缺口区域高效管壳程传热性能高于非缺口区域高效管,而折流板缺口区域光滑管壳程传热性能却略低于非缺口区域光滑管;和光滑管相比,折流板缺口区域高效管壳程局部传热系数明显提高,而折流板非缺口区域高效管壳程局部传热系数变化较小;高效管换热器壳程传热性能高于光滑管换热器,其主要原因是高效管在以纵流为主的折流板缺口区域具有较高的传热性能。     

核级管壳式换热器管束流致振动的TEMA标准分析方法

换热器广泛应用于核电厂传热过程,其中折流板管壳式换热器是最常见的一种。但是,这类换热器的传热管束易发生流体诱导振动,造成设备破坏。针对核级管壳式换热器的实际运行工况,依据TEMA标准,探讨了卡门旋涡、紊流抖动、流体弹性不稳定、声振动流致振动的分析方法,对防止管束流致振动破坏提出了解决办法。     

管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟

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 13.0模拟软件中对管壳式换热器的壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到了不同折流板间距及入口流速的情况下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入口流速对换热效率和流体诱导振动的影响,对换热器结构优化设计提出了改进措施。     

椭圆管管壳式换热器壳程传热性能的试验研究

通过试验方法对椭圆管换热器与螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和压降的研究,同时进行了壳程传热性能和压降的对比。从试验数据处理中得出,椭圆管换热器的传热系数虽然不高于采用圆管作为换热管的螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热系数,但其单位压降下的壳程传热系数却远远高于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器单位压降下的壳程传热系数。     

论外导流结构在管壳式换热器中的应用

管壳式换热器普遍用于化学工业、石油工业能源工业、轻工、食品业及交通运输等等行业。对于量大、面广的设备 ,在众多影响换热器效率的因素中 ,结构因素尤为重要。每个局部结构的改进或效率的提高 ,都会给国民经济带来可观的效益。外导流结构 ,现在折流杆换热器中普遍应用。该结构主要针对现行换热器进、出口的压力降损失 5 0 % ,又可以在相同直径内多排更多的换热管 ,并且可以消除进出口端的流体滞流区。现就对产品局部结构提出个人的看法 ,我国目前 ,在石油部门运行的管壳式换热器大约 3万多台。然而这些产品使用的管壳式换热器系列均采用…     

热管废热回收蒸发器在浊水余热回收中的应用

针对污水的特性,为避免生活污水与热泵工质R22产生交叉污染,从而导致系统不能正常运行的可能性,提出在污水与热泵系统工质R22之间采用一个热管换热器,得出在系统增加了一个热管换热器的情况下,污水流量一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵系统R22工质蒸发温度,污水废热回收热量随污水进口温度的增大而增大,其中热泵工质蒸发温度的增幅最大,达到65.79%,废热回收热量的增幅最小,为6.8%,污水入口温度一定时,热泵制热量,性能系数COP值,热泵工质蒸发温度,废水回收热量随着污水流量的升高而升高,但是热泵工质蒸发温度的和性能系数COP值的增幅减少,热泵制热量,热管工质蒸发温度以及废水回收热量的增幅缓慢增加.     

应用于相变蓄热的脉动热管换热器在不同倾角下放热性能的试验研究

设计了一套脉动热管相变换热装置,并在搭建的试验台上对不同倾角下脉动热管换热装置的总放热时间和相变潜热放热时间进行了试验测定。结果表明脉动热管相变换热装置在0°、30°、60°、90°倾角下,0°角冷却的放热总时间和相变潜热换热时间均最少,90°倾角下放热总时间和相变潜热放热时间最长。增大冷却水流量,总放热时间和相变潜热放热时间均会减小,但当冷却水流量达到一定值时,继续增大冷却水流量,总放热时间几乎不再变化。冷却水初始温度越低总放热时间和相变潜热放热时间均有较大减少,水槽内冷却水最终温度差别不大。     

微型换热器瞬态传热分析

以用于芯片冷却的微型换热器为研究对象,建立三维仿真模型,分析其在热负荷按指数型和周期型变化情况下的瞬态传热.根据获得的换热器温度场、温度梯度和热应力分布,比较了纯铜和氮化硅复合物两种材质对换热器的散热性能,结果表明:铜优良的导热性能使得铜换热器在稳态工况下散热性能优于复合材质换热器,但瞬态分析显示,氮氧化硅复合物在结构...     

辅助散热对地源热泵地埋管换热器换热效果改善的分析

地源热泵在工程应用中存在大量失败的案例,原因是在具体的工程应用中未具体分析地源热泵节能的特定性.本文根据地源热泵系统地埋管换热器冬、夏季的换热的基本原理,指出夏季辅助散热对改善地埋管夏季换热的重要意义,并结合具体实验进行了分析讨论.     

采集凝固热热泵技术层流工况相变强化换热的研究

介绍了新型采集凝固热热泵技术及其关键设备,基于准稳态近似方法分析了凝固热采集装置中层流流动水在常壁温条件下的管内相变问题,采用当量平均表面换热系数和潜热显热比两个参数讨论了各因素对相变强化换热性能的影响.分析结果对于设计参数的确定及系统性能的改善有重要作用.     

板翅式换热器的传热特性研究

运用ANSYS软件中的FLOTRAN模块,对板翅式换热器中的锯齿形翅片的湍流流动和传热特性进行了模拟仿真.并对模拟结果进行分析,证明与理论吻合较好,说明运用FLOTRAN来分析板翅式换热器传热特性是简便、直观的方法,并对以后的板翅式换热器设计及优化提供了参考.     

热泵热水器蓄热水箱的漏热损失分析

蓄热水箱作为热泵热水器机组的重要组成部分,它的设计是否合理直接关系到机组的能耗.本文对长方体形、圆柱形以及球形蓄热水箱进行分析,计算并比较了蓄热水箱的漏热损失值,同时讨论了不同外形水箱的结构变化对其漏热损失量的影响,这对今后同类产品选择合适的水箱提供了一定的指导作用.     

新型同轴套管式换热器强化传热研究

同轴套管式地热能开采技术是用于中深层地热能开采的有效方式。为了增强同轴套管式换热器的换热效率,提出了一种带螺旋翅片的新型同轴套管式换热器。基于有限体积法,对比分析新型与普通型同轴套管式换热器的换热性能,得到螺旋翅片结构对换热性能的影响,揭示其强化传热机理。结果表明：通过增加螺旋翅片的翅高或减小螺旋翅片的螺距,可有效增强同轴套管式换热器内流体流动的湍流动能,达到提高换热性能的目的;与普通光滑管换热器相比,翅高为19 mm,螺距为300 mm的新型换热器在雷诺数为27000时,努赛尔数提高了35.5%,摩擦系数提高了91%,热性能系数达到最高1.093;增加翅片和减小螺距都可以增加采出温度和采热功率,翅高为19 mm,螺距为300 mm换热器较光滑管换热器采热温度提高了5.4 K,采热功率提高了32.4%。为高效同轴套管式换热器设计提供了理论依据。     

余热锅炉的热力回收计算分析

针对烟厂余热锅炉的热力回收问题,运用热力学原理进行了多方面的计算分析,得出了余热锅炉的热效率数据,为余热锅炉的设计提供了依据,阐明了余热利用的巨大潜力,指出余热的利用是企业降低能耗、加强环保的重要途径。     

高压换热器的热处理

按设备制造规范和工程设计标准、图样要求，结合生产实际，制订出高压换热器球形封头热成形加热及热处理工艺、焊前进炉预热工艺、焊后热处理工艺、最终合拢缝局部焊后热处理工艺、最后做出经验总结，作为今后尿素高压设备热处理的参考。