折流杆换热器壳程结构的设计

在参照ＧＢ１５１－８９《钢制管壳式换热器》的基础上,对折流杆换热器壳程结构中的折流圈结构、折流圈间距、拉杆的直径和数量、防短路结构、导流筒结构、对壳程结构等进行了设计。     

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

螺旋折流板换热器壳程流体流动的数值模拟

在对螺旋折流板管壳式换热器结构和操作条件进行简化的基础上,采用计算流体动力学分析方法建立数学模型,并利用CFD分析软件FLUENT模拟换热器壳程流动特性,得到了换热器壳程流场分布的直观信息。对流体传热特性做了初步探讨,并比较了弓形折流板换热器和螺旋折流板换热器的流动特性,为这种换热器结构的优化和产品的研究开发提供一定的依据。     

折流板换热器壳程流场数值模拟与结构优化

基于多孔介质与分布阻力的概念,采用FLUENT软件对单弓形折流板换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。在此基础上针对折流板换热器壳程压降大、能耗高、存在传热死区等的缺点提出了壳程流场的改进方案,通过数值模拟可以看到壳程流场改进后不仅具有压降低、场协同性能好、基本无传热死区等特点,而且在一定程度还提高了管束抗流体诱导振动的性能。     

双壳程折流杆换热器的理论、设计与工程计算

本文揭示了折流杆换热器的局限性,指出用双壳程结构可增强其适应性,进而提出了双壳程折流杆换热器的理论、结构设计和适于工程运用的计算方法。     

折流杆换热器

简要介绍了折流杆换热器的研究进展、结构特征和特性。并阐述了此类换热器的局限性与技术展望。     

折流杆换热器数值模拟新方法

为了实现对换热器性能的整体数值模拟,阐述了一种"分段模拟,整体综合"的管壳式换热器数值模拟新方法,其核心思想是在对换热器的几何结构及其流道的流体力学和传热特性进行定性分析和结构分类的基础上,对换热器内部流道分段,建立典型流道的完整实体三维模型和网格模型,并且建立分段模型之间的数据联系方案,最后将数值模拟得出的局部数据进行综合处理。     

折流杆换热器的壳程结构及对GB151—89的适应性

目前折流杆换热器设计时其依据及尺寸参数选取均参考ＧＢ１５１－８９，而制造厂也以ＧＢ１５１－８９为依据进行制造、检验和验收。作者认为折流杆换热与ＧＢ１５１－８９有紧密联系，建议将其编入ＧＢ１５１－８９中。     

螺旋扁管折流杆换热器传热强化数值模拟研究

为强化折流杆换热器(RBHEs)的壳程传热,提出了用螺旋扁管代替传统圆管作为换热管应用于RBHEs,比较了螺旋扁管RBHES和传统圆管RBHEs的流动、传热和综合性能。结果表明:螺旋扁管RBHEs的管间速度更大,分布更加均匀;贴近换热管的壁面处,湍动能更大,流体温度更高。当入口速度低时,螺旋扁管RBHEs的传热系数大于圆管RBHEs,当入口速度高时,螺旋扁管RBHEs的传热系数小于圆管RBHEs。螺旋扁管RBHEs的压降比圆管RBHEs小33.60%。螺旋扁管RBHEs的综合性能评价指标(PEC)比圆管RBHEs的提高了65%～152%,且低速入口条件下,提高作用更明显。     

螺旋折流板换热器壳侧结构改进及模拟研究

改进了螺旋折流板换热器的结构,在常规结构的壳侧增加环形挡板。采用雷诺应力湍流模型,运用Fluent软件对螺旋折流板倾角为35°及其改进后的螺旋折流板换热器的流动与传热性能进行了数值模拟。模拟结果验证了RSM模型的可靠性,同时得出在低流量时,改进后的换热效果不如常规结构时的换热效果;而在壳程流体高流速的情况下,改进后换热器的压力降虽然增大,但总传热系数K和单位压降下的总传热系数K/Δp均得到提高,且流量越大,这种提高幅度越明显。     

花板换热器与单弓形折流板换热器对比实验研究

折流板壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点,折流杆换热器用作冷油器时壳程Re偏低,为了克服上述缺陷,研制出一种新型的花板换热器。花板换热器中壳程流体的流动方式与单弓形折流板换热器不同,壳程流体纵向冲刷换热管,具有壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小等特点。本文通过对花板与单弓形折流板换热器的换热和流阻性能的实验比较,得到在相同的雷诺数下,花板换热器的壳程压降仅为单弓形折流板换热器的70%—80%,以单弓形折流板换热器为参照时的花板换热器综合效益比为110%—140%。     

新型折流杆换热器的流动与传热数值模拟

依据核心流传热强化原理,设计了一种新型粗杆-细杆组合式折流杆换热器,建立了相应的物理和数学模型,并对其传热与流动特性进行了计算模拟,并将计算结果和相同杆径的折流杆换热器进行了比较。结果表明,该新型换热器壳程的对流换热系数与折流杆换热器相当,但流动阻力远远小于折流杆换热器,综合性能优于折流杆换热器,而且Re数越高,优势越明显。     

折流杆换热器的研究方法进展

综述了实验研究法与模拟研究法在折流杆换热器研究方面的应用,同时介绍了二者在折流杆换热器结构改进方面的研究成果。指出随着计算机技术的发展,模拟研究法越来越多地被研究者所采纳,但模拟过程对计算设备的要求较高。重点介绍了模拟方法中多孔介质模型、周期性单元流道模型、周期性全截面模型以及“分段模拟,整体综合”思想等模型与方法在折流杆换热器研究方面的应用,详细分析了各种研究方法与模型的优点、缺点及适用范围。对于指定的研究目的,应使用相应的研究方法或模型;各种方法与模型需要相互配合,取长补短,才能为折流杆换热器的研究提供全面的流场、压力场和温度场等信息,正确有效地指导折流杆换热器结构改进的研究工作。     

离心浮力对折流栅-螺旋槽管换热器传热性能的影响

由流体径向温度梯度引起的离心浮力对旋流强化传热效果有重要影响.通过管程与壳程均有旋转流动的折流栅-螺旋槽管水-水换热器,就离心浮力对旋流强化传热效果的影响进行了管、壳程冷,热流体交换的对比实验研究.结果表明:在相同的管、壳程流速下热流体在壳程时换热器总传热系数比热流体在管程时相对高出约33%.故在有旋流存在的管壳式换热器中,离心浮力对换热器传热性能的影响不可忽视.当热阻较大一侧有旋流存在时,离心浮力对换热器传热性能的影响更为明显.     

新型管壳式换热器的技术研究

提出了几种新型管壳式换热器的技术,从管程和壳程两方面介绍了传热强化技术和传热强化结构,管程传热强化技术方面主要介绍了一些新型强化管;壳程传热强化技术方面主要介绍了一些新型的支承结构.最后本文简要介绍了管壳式换热器近期研究发展的方向.     

杆支撑换热器壳程的单元流道模型及流场分布

提出了一种杆支撑换热器壳程的代表性“单元流道”模型,使结构复杂的管壳式换热器数值模拟更加简便而高效,数值分析得到了杆支撑换热器壳程中心区域的单元流道流场、压力场和温度场分布细节信息,为杆支撑换热器的结构完善和研究强化传热机理奠定了理论基础。     

管壳式换热器壳程流动与传热的数值模拟与验证

针对目前管壳式换热器中微小流路建模和分析的缺失,采用“分段建模,整体综合”的模拟方法成功地开发了小间隙流路A和E的建模技术,建立了既包含主体流路（B、C）,也包含微小泄漏流道（A、E）的全流路管壳式换热器流动与传热模型,得到了与实际换热器相适应的几何模型。通过应用CFD软件Fluent进行分段模型的流动与传热研究,对各流道在折流空间中对传热和流动的影响进行了分析讨论。同时,采用整体综合技术,将数值模拟获得的局部流动与传热数据综合整理得到了换热器传热和阻力系数的整体法关联式。并将模拟结果与几种著名的壳程计算方法（Donohue、Kern和Bell-Delaware,流路分析）进行了对比,结果发现数值模拟与Bell-Delaware法和流路分析法的结果吻合良好,最大偏差小于20%。     

帘式折流片换热器壳程流体流动死区

对帘式折流片换热器壳程流体流动死区大小及分布规律进行了数值模拟和实验研究。研究表明,帘式折流片换热器壳程流体流动死区大小随着Re的增加而降低;流动死区的大小和分布规律受折流栅装配方式的影响,折流栅同向装配时壳程死区小于折流栅对称装配,当壳程Re分别为5000、10000和15000时,折流栅同向装配时的帘式折流片换热器壳程死区分别为折流栅对称装配时的50.5%、51.6%、43.0%。     

异形片式倾斜折流栅换热器壳程强化传热数值模拟

采用CFD软件FLUENT,Standard k-ε模型,借助数值模拟方法对异形片式倾斜折流栅换热器和常规帘式折流片换热器流动传热性能进行研究,并利用场协同理论分析异形片式倾斜折流栅换热器的折流栅不同倾斜角度对壳程传热性能的影响。结果表明:壳程雷诺数在6 000—10 000范围内,同常规帘式折流片换热器相比,异形片式倾斜折流栅换热器折流栅与折流片平行排布时,壳程传热系数和综合性能分别增加12.7%—13.9%和6.4%—7.6%;折流栅和折流片交错排布时,壳程压降降低18.45%—19%,壳程综合性能略高于常规帘式折流片换热器;异形片式倾斜折流栅换热器折流栅倾斜25°时,壳程传热系数和综合性能最好,且速度场和温度场协同性最优,因此25°为异形片式倾斜折流栅换热器最优倾角。