超大拓展表面三维微肋管换热器的对流换热及抗积灰特性研究

工业烟气含尘的特点易导致换热器积灰,进而制约烟气余热的高效回收。本文针对一种具有超大拓展表面的三维微肋管换热器的对流换热与积灰特性进行了研究。首先,对比研究了光管与三维微肋管的对流换热特性;接着,基于所建立的积灰数值模型,探究了三维微肋管的积灰特性,并揭示了烟气流速与飞灰粒径对其积灰特性的影响规律。结果表明,相对于传统光管,三维微肋管的换热面积可增大约2.9倍;换热性能平均能提高16%;积灰后渐进污垢热阻最大能减小70%;同时,清灰周期更长,运行经济性更佳。综合而言,三维微肋管相比传统光管,在增强换热的同时,还能有效减轻积灰,因此可作为高效的抗积灰传热元件,应用于含尘烟气的余热回收场合。     

波纹板式空冷器阻力与传热特性实验研究

在可改变风量和热水流量的实验条件下,对波纹板式空冷器的阻力与传热特性进行实验研究。得到了空气侧的阻力降关联式以及两侧的对流换热系数关联式,其适用于热水雷诺数在2000-8000之间、空气雷诺数在2000-10000之间。在相同工况下,比较了波纹板式、光管式和翅片管式空冷器的性能指标,结果表明:迎面风速在2.45-4.1 m/s之间,波纹板式空冷器传热系数达到100-160 W/m2/℃;约比光管式提高70%,但只有以管束外表面为基准的翅片管式传热系数的六分之一;板式空冷器单位体积换热量约是翅片管式空冷器的1.5倍,是光管式的15倍;板式空冷器单位功耗换热量约是光管式空冷器的5.5倍,而翅片管式空冷器与光管式空冷器则相差不大。     

螺旋槽管管内湍流流动与换热的三维数值模拟

利用Fluent对5种不同槽深的螺旋槽管进行了模拟求解,得出了湍流状态下螺旋槽管内流体的速度场和温度场,从微观上说明了螺旋槽管的强化传热机理。分析了槽深对螺旋槽管阻力性能和换热性能的影响。数值计算结果表明,该类螺旋槽管在湍流工况下的平均Nu数大约是光管的1.6—2.1倍,平均阻力系数f大约是光管1.5—4.5倍。与实验数据进行比较发现,数值模拟具有相当的可靠性。     

交叉缩放椭圆管CaCO3污垢特性的实验研究

采用对比实验的方法对交叉缩放椭圆管与铜光管的传热和CaCO3污垢特性进行了研究,并用数值方法模拟了交叉缩放椭圆管的内部流场和壁面剪切力。实验结果表明：交叉缩放椭圆管的换热和抗垢性能均优于在对应状态下的铜光管,这主要是由于交叉缩放椭圆管的内部流场和壁面剪切力的周期性变化所引起的。交叉缩放椭圆管在低流速时污垢热阻渐近值较大...     

微生物污垢对典型换热器传热影响研究

本文以电厂循环冷却塔塔底黏泥中分离纯化出的致垢微生物铁细菌为实验介质,利用污垢热阻动态模拟实验台,在恒定工况下(水温30℃,流速0.4 m·s-1),动态模拟了光管、缩放管、横纹管三种不锈钢典型换热器微生物污垢形成过程。在分析比较三种典型换热器传热性能的基础上,实验测试了三种换热器的污垢热阻,并对垢样成分进行了分析。结果表明:强化管(缩放管和横纹管)传热性能和抑垢能力优于光管,光管、缩放管和横纹管的污垢诱导期分别为;25 h、40 h和45 h,污垢热阻值为:6×10~(-4)m~2·K·W~(-1)、2×10~(-4)m~2·K·W~(-1)和3×10~(-4)m~2·K·W~(-1),由此表明三种换热管的传热和抑垢能力:缩放管横纹管光管。在铁细菌形成的污垢垢样成分分析中Fe元素含量最多,其次是C,表明循环冷却水中铁含量的多少是污垢形成的重要因素之一。     

R407C在水平单管外凝结换热的实验研究

本文用实验方法研究了Ｒ４０７Ｃ在水平单管外的凝结换热,并与ＨＣＦＣ２２做了对比。试验管包括一根光管和两根双侧强化管。结果表明,Ｒ４０７Ｃ在水平管（包括光管和强化管）外的冷凝换热系数随着热流密度的增加而显著增加,而且,强化管增长的程度要比光管的强烈。在相同的冷凝温度与热流密度范围内,无论对于光管还是强化管,Ｒ４０７Ｃ的管外冷凝换热系数都远小于ＨＣＦＣ２２的值。对于所试验的两种强化管,ＨＣＦＣ２２的管外冷凝换热系数的强化效果比Ｒ４０７Ｃ更明显。     

缩放管混合污垢特性的实验研究

实验室里进行了缩放管与对应光管管内混合污垢的对比实验,实验工质为加有MgO或CaSO颗粒的人工硬水.实验结果表明:在相同流速、浓度条件下,与对应光管相比,缩放管不仅有较好的阻垢性能,还有较好的传热性能;流速、颗粒浓度和颗粒粒径对混合污垢热阻有较大影响:增大流速、减小颗粒浓度、增大颗粒粒径都会使缩放管混合污垢热阻的渐近值减小.     

烧结多孔表面强化冷凝传热的实验研究

实验研究了不同粒径金属粉末烧结制备的多孔涂层表面对垂直管外水蒸气冷凝传热的强化作用。发现:粒径为50μm的细粉覆盖一层及两层的多孔管的传热效果反而不如光管,使冷凝传热效果恶化;而粉末粒径为250μm的烧结表面的强化传热特性比光管提高10％～15％,而且也明显优于粒径为50μm的表面。同时,两种不同粒径表面,两层粉末错落堆积烧结表面的传热效果也优于单层粉末烧结表面。基于孔隙微观结构变化对冷凝液流动与导热的影响分析讨论了多孔烧结表面强化膜状冷凝传热的机理。     

双侧强化传热高效冷凝传热管的实验研究

本文报道了双侧强化传热高效冷凝传热管DAC管的实验研究方法与结果。所用试验装置保证在同样蒸气状态下对光管和高效传热管同时进行直接对比的性能测定,测量本体电阻以确定具有复杂机械延伸面的管壁平均温度.R11蒸气凝结的实验结果表明:DAC管外侧凝结换热性能已达到国外先进强化传热管的水平,并且在小换热温差下具有更高的强化换热倍率.DAC管内侧冷却水的放热系数可比光管提高60～80％,总传热系数比光管提高3倍以上。     

高温导热油热载体螺纹管传热和压降特性的实验与数值模拟

对高温导热油在螺纹管内流动和传热进行实验研究,结果表明:在层流区,螺纹管沿程阻力系数是相应光管的1.8~3.0倍,Nu数是相应光管的2.8~4.6倍。在湍流区,螺纹管沿程阻力系数是相应光管的3~4倍,Nu数是相应光管的1.8~3.8倍。应用FLUENT对螺纹管和光管进行三维数值模拟,结果表明在螺纹管流场的背流面存在回流区。与光管相比,螺纹管局部协同角的变化范围更大,且在凹槽左右的位置局部协同角接近90°,远离凹槽位置,局部协同角较光管有明显下降。     

亚临界压力区垂直上升管内传热特性实验研究

本文开展了亚临界压力下垂直上升内螺纹管中水的传热特性的实验研究,并与对应条件下光管内水的传热特性进行了对比、分析.结果发现:内螺纹管和光管中两相饱和流动沸腾换热随热流密度的增加或压力的升高而增大,基本不随质量流速的变化而变化;相同工况下内螺纹管的饱和沸腾换热系数大约为光管的1.1～1.2倍。内螺纹管和光管的过冷沸腾起始干度都随质量流速的减小或者压力的升高或者热流密度的增大而增大;在相同工况下本文实验内螺纹管中的过冷沸腾起始干度比光管中的要小至少0.2。光管中主要发生偏离核态沸腾(DNB),临界干度随热流密度的减小或质量流速的增加或压力的降低而增大;内螺纹管中主要发生烧干,运行参数对临界干度的影响不大。     

孔隙直径对R134a管外沸腾换热影响研究

在工况温度分别为6℃和10℃,对R134a在光管和三根双侧强化管(F38,F46,F56)外进行池沸腾换热试验研究。结果表明:两种工况下,R134a在光管外沸腾表面传热系数与Cooper公式计算值相对偏差均在±15%以内,R134a在强化管外沸腾表面传热系数变化趋势与光管Cooper公式基本一致。受试验管外表面孔隙直径的影响,当热流密度小于50k W/m2(或壁面温差小于2K)时,孔隙直径越小,沸腾换热效果越好;反之,当热流密度大于50k W/m2(或壁面温差大于2K)时,孔隙直径大的强化表面沸腾换热效果要优于小孔隙直径表面。     

翅片长度对纵向翅片扁管换热器换热性能的影响

纵向翅片扁管换热器是一种新型换热器。气体沿扁管轴向方向流动,与管内介质的流动路径平行,可强化传热,减少气侧阻力,不易积灰结垢,维护方便。利用数值模拟方法,以纵向翅片扁管换热器为研究对象,分析翅片长度对换热性能的影响,对换热器的翅片长度进行优化。研究表明,不同进口风速对应不同的有效纵向翅片长度。随着进口风速的增大,翅片的有效长度越大。     

波节管氦气流动与传热特性数值模拟研究

本文针对高温氦气在光管及波节管中的传热特性及阻力特性进行了Reynolds Stress Model(RSM)数值模拟研究。比较模拟计算和经验公式的结果,两者基本吻合。比较了Nu和f在波节管和光管中的变化规律,同时,分析了波节管的局部Nu和局部壁面剪切应力τ_w沿壁面的变化规律。数值模拟结果表明相同工况下波节管的Nu大于光管,说明波节管具有较强的强化换热能力,同时,波节管的f也有一定增加,但波节管总体性能优于光管。在较大雷诺数下,波节管具有更佳综合性能。     

高温熔盐横纹管传热特性与强化机理研究

本文对以熔融盐为传热工质的横纹管传热过程进行了实验研究。研究温度、热流密度对横纹管传热性能的影响,并与光管的传热性能进行比较,探讨了强化传热的机理,确定了强化传热的范围和途径。实验结果表明:横纹管比光管具有更好的传热性能。     

缩放管污垢性能的实验研究

在流速0.34 m/s,管外水浴温度60℃和相同管内工质入口温度的条件下,分别在实验室进行了缩放管及其对应光管管内污垢的对比实验。实验的污垢种类是浓度为1000 mg/L的MgO颗粒污垢、硬度800 mg/L的人工硬水作为工质的CaCO3析晶污垢和MgO颗粒与CaCO3析晶混合污垢。结果表明,缩放管具有较好的阻垢性能,但诱导期小于对应光管的诱导期。     

烧结型涂层管内R410A流动沸腾换热实验研究

文实验研究了制冷剂R410A在长1.3 m,内径4 mm的不锈钢光管和不锈钢烧结多孔涂层管内的流动沸腾换热与压降特性。实验饱和温度为10℃,进出口干度变化范围从0.1至0.9,质量流速变化范围为270～620 kg·m~(-2)·s~(-1)。实验结果表明:在进出口干度固定在0.1和0.9的工况下,烧结涂层管的流动沸腾换热系数随着质量流速的增加而降低,但是光管的1.2至1.5倍;分别固定质量流速为350和450 kg·m~(-2)·s~(-1),进出口干度差值维持在0.2时,烧结涂层管和光管的换热系数均随着干度增加先增加后急剧下降。在此工况下,烧结涂层管的流动沸腾综合强化效果是光管的2.11至3.58倍,并在高干度区域达到最大值。     

基于普朗特类比的多种强化管内污垢数据分析

针对光管和四种不同结构的强化管(缩放管I、缩放管Ⅱ、弧线管及波纹管)在相同条件(工质流速、入口温度、水浴温度及微粒浓度)下的颗粒污垢实验数据,基于普朗特类比法,以φ(φ=(Km/Kmp)/(f/fp),Km为质量传递系数,f为摩擦因子,下标p表示光管)和ψ(ψ=j/jp)/(f/fp)1/3,J为传热因子)作为传热性能...     

含不凝气体时煤油在水平管束外的冷凝

采用实验的方法,研究了在较宽的不凝气体含量范围内,煤油蒸汽在不同几何结构的螺旋扁管管束外的冷凝换热现象,得出了螺旋扁管的几何结构对冷凝换热的影响规律,并与同样条件下的光管管束的冷凝换热进行了分析比较。     

金属泡沫填充管换热性能的实验研究

本文通过搭建流动与换热实验平台,对10 PPI,30 PPI,70 PPI三种不同孔密度的不锈钢金属泡沫填充管的换热性能进行了实验研究,分析了管内入口雷诺数、入口温度以及孔密度对管外壁Nu数的影响。研究结果表明,金属泡沫填充管的换热强度较光管条件下提高,且30 PPI和70 PPI的换热强度都大于10 PPI填充管的换热强度;在本文的研究工况下,金属泡沫填充管的管外壁Ⅳu数随管内雷诺数的增大变化不明显,随管内入口温度的增加而增大;三种金属泡沫填充管的换热综合评价因子都大于1,且基本不随雷诺数的变化而变化。