波节管管内换热与阻力特性的实验研究

为使波节管换热器在石化企业推广应用 ,利用实际型实验装置对 4种不同几何尺寸波节管的换热和阻力特性进行了实验研究。结果表明 ,波节的存在增加了对流体流动的扰动 ,提高了波节管的换热能力 ;波节管的换热能力随波节长度与波深比值的减小而增加。在低雷诺数下 ,波节管的换热系数与阻力性能比明显好于光管 ;在高雷诺数下 ,两者的换热系数与阻力性能比非常接近。在低雷诺数 (Re <30 0 0 )和高雷诺数 (Re >70 0 0 )时 ,波节管的换热与阻力综合性能比较理想     

波节管当量壁厚研究

应用ANSYS对波节管和对应光管轴向刚度进行了分析,用数学软件Origin对有限元分析结果进行了拟合,归纳了将波节管的壁厚转换成对应光管壁厚的当量关联式,通过该关联式可将波节管换热器的管板按光管换热器管板来设计,为波节管换热器的管板设计提供了一种有效方法。     

固定管板釜式再沸器换热管轴向应力分析

建立了某固定管板釜式再沸器的有限元分析模型,计算了其操作工况下换热管的轴向应力,并对换热管各项应力进行了评定,同时应用JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》所述方法对该再沸器换热管轴向应力进行简化计算。结果表明,2种方法计算所得的最大轴向压应力均位于管束中心,其值仅相差4.5%;有限元法求得的换热管最大拉应力位于管束上部,其值约为JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》简化方法计算结果的1.8倍,说明不宜采用简化方法对固定管板釜式再沸器换热管轴向应力进行计算。     

波节管换热器传热特性试验研究

对3种不同几何尺寸的波节管和光管的换热及其阻力特性进行了试验研究,结果表明,波节的存在增加了对流体流动的扰动,提高了波节管的换热能力.波节管的换热能力随波节长度与波深比值的减小而增加,波节管比光管的传热系数与阻力压降比K/△p提高了1.57～4.09倍.     

钉头管自支承换热器壳程冷凝传热的试验研究

采用自行设计的试验装置和流程,对3种不同钉头间距的钉头管-光管混合管束和纯光管管束换热器进行了冷凝试验对比研究。研究结果表明:(1)钉头管-光管混合管束换热器中,钉头不仅能起到强化传热的作用,而且每个钉头都对管束起到支承作用,使管子受力均匀,大大减小因管子振动磨损而造成破坏的可能性;(2)钉头管钉头纵向间距对换热性能有很大影响,在纵向间距S=20、35、50mm的3种钉头管-光管混合管束中,S=35mm的混合管束冷凝换热性能最好,管外膜状冷凝对流传热系数h0比纯光管管束平均提高了121%。     

管壳式换热器传热效率影响因素及数值模拟分析

多数管壳式换热器基于传统的经验设计方法,换热器质量大且能耗高。鉴于此,采用Fluent仿真模拟的方法,研究了换热管类型、折流板间距、折流板切率变化与换热器对流传热系数的关系,并用HTFS工程软件进行了模型验证。研究结果表明,采用特型管(如波节管和波纹管等)代替光管,可以增强管内流体扰动,提高湍流程度,增大管程对流传热系数,但同时也增大了压降;折流板间距越大,壳程对流传热系数越小,压降也越小,当折流板间距为330 mm时,换热器最高效,此时换热器在较小的压降下可以获得较大的对流传热系数;折流板切率越大,压降越小,当管束错流流速与折流窗口流速相等时,壳程对流传热系数最大,折流板切率35%为最优值,换热器效率最高。最后提出了管壳式换热器优化设计方法,将优化设计的换热器用于某化肥厂氮氢气压缩机级间冷却,同等热负荷条件下换热面积减小了21.37%。研究结果为换热器的结构参数优化提供了依据。     

波节管换热器管板应力分析

笔者利用有限元分析软件ANSYS,建立了波节管换热器的模型并进行了有限元分析,重点介绍了波节管换热管板的应力分布情况,并用实验应力测试方法进行了验证,两者有较好地吻合。此研究结果为波节管换热器管板的设计提供了有力的依据。     

轴向力作用下换热管固有频率分析

现有文献关于轴向力对换热管固有频率的影响系统性的研究较少。鉴于此,简要对比了TEMA标准、GB151及有限元法3种轴向力作用下换热管固有频率的计算方法,利用ANSYS软件瞬态激振计算与傅里叶变换相结合,分析了跨距l=1.0 m的等长多跨管在不同轴向力作用下前3阶固有频率变化规律。研究结果表明:轴向拉应力起到了应力刚化作用,使换热管固有频率升高,但拉应力的应力刚化效果要小于等值压应力的应力软化效果;轴向力对于换热管1阶固有频率影响较大,对于2阶和3阶固有频率的影响逐渐减小;对于跨距相等的多跨换热管,随着跨数的增多,轴向力对于固有频率的影响越来越明显。所得结论对于保证换热器的安全运行具有一定的指导作用。     

内外流动介质下强化换热管耦合传热数值模拟

以强化换热管为研究对象,建立了以水为介质的轴对称数值模型。应用计算流体软件CFX对光管及2种强化换热管（缩放管、波纹管）的传热特性及流动规律进行数值研究。结果表明,数值计算得到的光管总传热系数数值与经验公式计算结果吻合很好。与光管相比,强化换热管壁面结构改变了流体的流动状况,对流道的流场产生重要影响。在相同流动条件下,缩放管与波纹管的总传热系数数值均有较大程度的提高,强化作用明显。为此类产品的进一步理论研究和分析方法推广提供了依据。     

管式蒸发空冷使用增膜板的强化传热

增膜板是管式蒸发空冷器中的新型强化传热元件。管子上的水落到增膜板上铺展成膜,增大了水与空气的换热面积,由此使落到下一层管子上的水的温度降低,使得下一层管子的内外温差得以扩大,强化了下一层管子的传热。在1．5m×3Wi中试装置上对光管管束与增膜板管束进行了换热对比实验,结果表明,在相同实验条件下增膜板管柬蒸发空冷器的传热量可比光管管束空冷器至少增加20％。达到一定传热效果后,喷淋量加大,传热量并不明显增加。在一定风量范围内,增加风量可明显提高空冷器传热效率。     

套管内液力补贴作业所需轴向力分析

套管内衬波纹管液力补贴作业过程中,挤胀波纹管时上提胀头所需的轴向力是一个十分有意义的参数。在分析挤胀波纹管受力的基础上,采用大变形弹塑有限元分析方法,结合实际数据进行计算。结果表明:当波纹管外径104mm,内径70mm,壁厚3.17mm,刚性胀头锥角30度时,对常用低碳钢材料.套管补贴所需轴向力不超过40kN;液力补贴工具刚性胀头锥角设计时取25~35度为宜;波纹管壁厚、外径和波纹条数的变化,对所需轴向力有较大影响。     

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。     

基于机器视觉的波纹补偿器轴向尺寸检测

为了准确检测波纹补偿器的变形状况,改善波纹补偿器传统检测方式的弊端,提出了一种应用机器视觉的波纹补偿器轴向尺寸检测方法。首先,使用张正友相机标定法对工业CCD相机进行标定并采集波纹补偿器图像信息,然后提出一种改进Canny算子对图像进行边缘检测,获得可处理的理想化二值图像,遍历二值化图像进行水平倾斜校正后,提取极限边缘特征点。最后,计算出波纹补偿器在世界坐标系下的整体轴向尺寸和相邻波纹间的轴向尺寸。结果表明,该方法能较为精确的计算出波纹补偿器在不同变形程度下的轴向尺寸,并利用所计算出的尺寸数据准确地判断出了波纹补偿器的变形状况,对于保证波纹补偿器平稳工作,维护生产安全具有重要意义。     

几种换热管在电场强化对流实验中传热性能比较

对水平光管、横纹管、螺旋槽管、花瓣管在电场强化（EHD）单管试验中进行对流传热实验,蒸汽走管程,空气走壳程。实验结果表明：在相同的雷诺数下,施加电场后,传热膜系数和阻力系数都有一定的提高,其中花瓣管的强化效率指标最大,达到1．98,在电压为30kV时,花瓣管外电场强化作用最明显,强化系数达2．76。     

炼油厂水冷器泄漏原因分析及解决办法

炼油厂循环水中采用部分污水处理后的回用水作为水冷却器的冷却介质,使用近1年的时间,造成水冷器碳钢管束泄漏频繁,影响换热设备的运行,生产成本增加。对几个有代表性的水冷器管束发生泄漏的情况进行了介绍,分析了泄漏的影响因素,提出了水冷器管束腐蚀的解决办法。     

稠油热采井套损防治措施及计算理论

研究了稠油热采井套损机理,给出了管柱提拉预应力和下入套管热力补偿器两种套损防治措施计算理论。模拟计算表明:设置提拉预应力时,管柱需提拉的最小预应力和最小拉伸长度随管柱温度的升高而先升高后降低;下入套管热应力补偿器时,管柱需要的最小补偿伸长量随管柱温度和长度的增加而增加,但增加趋势变缓。该计算理论可用于指导热采井套损防治的方案设计和施工作业。     

Three-dimensional well tubular design improves margins in critical wells

One consequence of the evolution of long and deep wells is that the design margins become increasingly smaller. Casing and tubing are pushed towards their yield strengths to meet the requirements of hot and highly stressed conditions. Also, the pipe used during drilling and intervention is subjected to elevated pressures and axial loads. These factors motivated the present study to develop an exact well design model for burst and collapse under axial load. In critical wells, the tubing designs are commonly based on triaxial software packages. It will be shown here that results from the conventional approach are accurate only under certain conditions.This paper presents an exact solution to the three-dimensional well tubular design problem. The term well tubular design, used in this paper, refers to the calculation of burst, collapse and axial loading limitations of drill pipe, snubbing pipe, tubing and casing. The new model calculates design factors that are exact, thereby offering a tool for improved well tubular design. The presented theory is based on the von Mises yield criterion and the Lamé thick-walled solution for the pipe.The new model is dimensionless, so the same graph can be used for all pipe materials and pipe dimensions. The model is also valid for cases with applied torque, bending or buckling. The general model is based on incipient yielding at the inside pipe wall, and the collapse predictions from the model for diameter-to-thickness ratios less than 14 are in agreement with experimental evidence. For large casing strings, the model should be used with caution for collapse predictions. The model is valid for burst calculations for all pipe sizes. Bending and torque effects are modeled by considering both the inside and outside pipe walls.     

高温对海洋工程结构设计的影响

介绍不同船级社的海洋工程结构设计规范对高温状态下钢材力学性能折减的规定。对管道热应力与轴向约束刚度关系进行分析,给出高温管道及其支撑结构设计的优化方法。对某浮式生产储缷油装置(Floating Production Storage and Offloading, FPSO)横舱壁结构骨材变形原因进行分析,建议在高温液舱结构设计中适当考虑热应力对结构设计的影响。阐述高温对钢结构防腐涂层和牺牲阳极防腐效果的削弱,指出海洋工程结构防腐设计也需合理评估高温的影响。     

夹层管卷筒式安装缠绕和校直阶段力学行为分析

兼具抗压与保温功能的夹层保温管道是深水油气输运潜在的理想解决方案,但卷筒式安装导致的残余应力和塑性变形则是影响其承载能力的重要因素之一。为了分析夹层管卷筒式安装缠绕和校直过程导致的残余应力和塑性变形的变化规律,建立了海洋深水夹层管卷筒式安装的数值模型,并利用室内全尺寸实验结果验证该模型的准确性;利用该有限元模型,分析了深水夹层管卷筒式安装过程中应力—应变变化规律、夹层管截面椭圆度变化情况以及安装校直后夹层管等效塑性应变的累积情况;通过参数分析讨论了夹层管的钢管厚度和层间黏结属性对夹层管卷筒式安装力学行为的影响情况。研究结果表明：①基于所建立的夹层管卷筒式安装数值分析模型求得的夹层管缠绕和校直阶段的塑性应变,与实验结果的误差分别为0.7%和0.5%,证明该模型可以满足计算精度的要求;②在夹层管缠绕和校直过程中,夹层管层间接触属性对于轴向塑性应变和周向塑性应变影响均较小;③夹层管钢管厚度对于夹层管轴向塑性应变的影响较小,但其对外层钢管周向塑性应变的影响却较为明显;④校直过程显著影响夹层管道椭圆度,影响程度随着外层钢管壁厚的增加而增大,同时卷筒式安装过程产生一定程度的塑性应变累积,将影响夹层管的承载能力。结论认为,所建立的数值模型可用于夹层管卷筒式安装力学行为分析,为考虑安装缺陷影响的夹层管承载能力计算提供了技术支持。