凝汽器性能的数值模拟与布管原则

针对目前国内使用最为广泛的300 MW机组凝汽器,采用具有分布阻力和分布质量汇的多孔介质模型,数值研究了菱型、卵型、将军帽型、双峰型等典型布管凝汽器的性能,比较了不同布管形式凝汽器的壳侧压降和抽气量,总结出了凝汽器布管的一些基本原则,如管束外形以窄长锲型或山峰形为好、外围应设置辅助进汽通道、需要设置渐缩型空冷区等。     

新型椭圆管螺旋折流板换热器特性研究

三角漏流区是影响搭接螺旋折流板换热器综合性能的重要几何结构。本文改变以"堵"为主的传统三角漏流区优化方式,采用"疏"的理念,提出了一种新型椭圆管搭接螺旋折流板换热器。基于数值模拟和场协同理论分析得出,新型椭圆管搭接螺旋折流板换热器具有较好的纵向流特征,大幅减小了壳程压降;椭圆管周向布管,具有导流和增强局部换热作用;新型椭圆管周向布管搭接螺旋折流板换热器三场协同性好,综合性能优。     

非对称波节管换热和阻力性能的实验研究

通过实验的方法,分别分析了采用大导角半径(Large corrugation fillet radii,rl)的非对称波节管、对称波节管和光管管壳双侧的传热性能和阻力性能的影响规律,研究非对称波节管流向对换热器总换热性能和总阻力性能的影响。研究结果表明,非对称波节管和对称波节管的综合换热性能均优于光管,且壳侧的综合换热性能提升优于管侧。非对称波节管的换热性能与对称波节管差别较小,但阻力性能更低,rl位于管侧波节前流段或壳侧波节后流段均可以明显降低阻力性能。非对称波节管换热器在逆流下,rl在管侧前流段时,换热器整体综合换热性能最优,平均是光管换热器的1.44倍;在并流下,rl在管侧后流段时,换热器整体综合换热性能相对更好,比光管换热器提升了39.07%。     

波形折流杆换热器的流动与传热性能分析

本文在传统的直杆折流杆换热器只能采取正方形布管的基础上,设计了一种新型的波形折流杆换热器,该换热器可进行更加紧凑的三角形布管。以水为流动介质,对两种换热器的壳程进行了数值计算,对两种换热器进行流动与传热性能分析。结果表明,综合性能较传统直杆折流杆换热器提升近10%。     

电动汽车空调热泵微通道换热器扁管布置方式对制热性能的影响

本文针对电动汽车空调热泵系统的室内微通道换热器制热性能进行了研究.首先对换热器的流程排布进行了优化分析,得到四流程12-13-13-12模型性能最优.在优化分析的基础上,实验研究了室内换热器扁管横竖布置方式对单体及系统制热性能的影响.结果发现在单体实验中,扁管竖置布置时的内部制冷剂分布均匀度远好于扁管横置布置,其换热量与出风温度比扁管横置布置分别提高了11.2%~16.5%与6.3%~8.4%.系统制热实验结果表明,扁管横置布置的制冷剂分布均匀度仍小于扁管竖置布置,且其受压缩机转速影响较大.而当扁管竖置布置时,制冷剂分布均匀度随着压缩机转速增大而减小.而随着室外环境温度的降低,扁管竖置布置的优势减弱。     

带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器数值分析

对带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器和圆管翅片换热器的空气侧表面的换热和流动特性进行了三维数值模拟.结果表明,在模拟的流速范围内,与圆管翅片换热器相比,带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器的换热效果Num平均强化了32.4%,其综合换热性能(Nu/f)提高了28.93%,明显好于圆管翅片换热器.纵向涡强化换热的内在机理可以用场协同原理进行解释,它改善了速度场和温度场的协同,使全场的速度和温度梯度之间的夹角减小.     

圆管内插入螺旋片状多孔介质的换热性能及场协同分析

采用数值计算的方法,以水为流动介质,研究了圆管内插入螺旋片状多孔介质在充分发展的层流区的换热及流动综合性能,并与环状和圆柱状多孔介质插入物进行了对比,此外,利用场物理量协同原理对计算结果进行了分析。结果表明,在圆管内插入螺旋片状多孔介质可以有效提高换热与流动的综合性能,其PEC达到3.60～3.95.     

圆管内插入环状多孔介质的换热性能研究及其场协同分析

本文运用数值计算的方法,以空气为流动介质,研究了圆管内插入环状多孔介质在充分发展的层流区的换热及流动综合性能,并进行了场协同分析.结果表明,在圆管内插入环状多孔介质可以有效提高换热与流动的综合性能,其PEC值随Re数的增大呈现缓慢增大的趋势.多孔材料的孔隙率对综合性能的影响最为明显,孔隙率越高,综合性能越好.     

N-17000型凝汽器的热力性能的数值分析

采用具有分布阻力和分布质量汇的多孔介质模型,将凝汽器壳侧多相、多组分的复杂流动简化为单相蒸汽、空气双组分的理想气体二维流动,建立了凝汽器数值计算的模型。针对一个N-17000型凝汽器的管束设计,通过数值模拟评价了两种布管方案的优劣,并依据对计算结果的分析,在布管方案1的基础上提出了改进建议,结果表明可以明显提高凝汽器的热力性能。     

周向重叠三分螺旋折流板换热器壳侧性能试验研究

对倾斜角为20°、24°、28°和32°的单头以及32°的双头周向重叠三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热和压降性能进行了测试,换热器采用公共壳体和可更换管芯结构。采用壳侧轴向雷诺数和轴向欧拉数分别作为反映壳侧流量和阻力系数的无因次参数。试验结果显示在试验范围内周向重叠三分螺旋折流板换热器壳侧换热系数、壳侧压降和综合性能指标都随着倾斜角增大而减小;倾斜角20°方案的性能指标最佳,其平均壳侧努塞尔数和轴向欧拉数与弓形折流板方案的数值之比分别为1.123和0.45;双头螺旋折流板方案的换热系数和压降都大于同样倾斜角的单头螺旋折流板方案,但两者的综合性能较接近。     

纵向涡强化换热特性及机理分析

本文在尼Re=190～1125范围内对两种不同形状纵向涡发生器(矩形、三角形)以两种不同方式(渐缩式、渐扩式)布置于平行通道内的流动换热特性进行了三维数值模拟研究,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析.结果表明:纵向涡使通道换热得到很大提高,通道平均Num数最大可提高46%.比较了通道性能评价指标(Num/Num0)/(f/f0),综合性能三角翼优于矩形翼,对于三角翼布置方式不同对综合性能影响不大,对于矩形翼渐扩方式布置优于渐缩方式.纵向涡使速度与温度梯度的平均夹角减小,通道中流场和温度场协同程度得到改善.     

三分螺旋折流板换热器壳侧流场温度场模拟

建立了三分螺旋折流板换热器壳侧流动与传热的数学模型,对其流场、温度场和压力场的数值模拟结果在多个纵剖面和横切片上进行了展示。可见在螺旋通道的轴心和靠近壳体的折流板外缘区域局部速度较高,在折流板背流面呈现出有利于强化掺混作用的回流区,流道内几乎没有流动死区;壳侧流体温度为稳步均匀下降趋势,并呈现从圆周的外缘向轴心方向逐渐递减;而压力场则呈现明显的周期性和阶梯性。     

工程车辆翼型管散热器冷侧翅片信噪比分析

为提高某工程车辆管片式散热器综合性能,以降低空气侧压力损失为前提,选用NACA23021翼型建立散热器换热管代替原有的扁平管,利用fluent对改进前后散热器空气侧换热系数和压力损失进行仿真分析,并对比两者的综合性能评价因子;进一步分析结构参数对翼型管翅片散热器性能的影响,利用正交试验与信噪比相结合分析各结构参数的敏感度。研究结果表明:在入口空气流速2～10 m/s范围内,散热器空气侧换热系数和压力损失的试验与仿真误差值小于5%;在仿真区间内,NACA23021翼型管翅片的综合评价因子较扁平管翅片略高,在入口10m/s时高出约23%;通过信噪比分析,得出换热管的长径对翼型管散热器性能影响最大,为28.88%,管列距、管类型和管排距对其影响次之,分别为23.91%、20.50%和11.18%,翅片间距和翅片厚度对其影响最小,分别为9.63%和5.90%。     

涡强化扁管管片散热器传热特性及场协同原理分析

本文以空气为介质(Pr=0．698),通过数值模拟的方法在Re=400-2000的范围内对涡强化扁管管片散热器内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明了在不同Re下,涡产生器横向间距δ和涡产生器攻角β改变时对局部NuLocal、横断面上的平均Nub和整体平均Nut的影响,以及对局部协同角θLocal、横断面上的平均协同角θb 和整体平均协同角θt的影响,通过比较分析得出协同角的变化趋势与换热强烈程度的变化趋势是完全和场协同原理相符合的,说明纵向涡强化换热的根本机理是改善了速度场与温度场的协同。     

指数型谐振管的二维气体动理学格式模拟

本文构造了适合模拟变截面谐振管的非结构三角形网格上的二维气体动理学BGK模型,采用该模型研究了包括圆直谐振管在内的八种不同形状的指数型谐振管内声场及流场的分布,分析了谐振管形状对压力分布和瞬时流场的影响。研究发现,从抑制激波、高次谐波以提高压力振幅和压比方面综合分析,形状参数m=2.2的指数型谐振管具有更好的性能。研究中也发现了一些新的物理现象,并对这些现象做了详细的解释。     

非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器与弓形隔板光滑管换热器壳程的换热性能对比

选用黄原胶作为非牛顿流体基液,碳纳米管为纳米添加粒子,实验研究了非牛顿纳米流体及其基液在螺旋隔板翅片管换热器和弓形隔板光滑管换热器的壳程冷却传热性能。实验结果表明,两台换热器的对流传热系数和压降均随雷诺数的升高而升高。与基液相比,非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器和弓形隔板光滑管换热器中的壳程传热系数分别提高31.3%和18.3%,其压降分别增大36.1%~52.6%和35.6%~41.4%。在雷诺数相同时,非牛顿纳米流体在螺旋隔板翅片管换热器的综合热性能为弓形隔板光滑管换热器的2.78~2.93倍。     

小长径比垂直管气液两相流动特性分析

实验观察了小长径比垂直上流管内流型及特点,并对管入口处的压力波动特性和系统的压差波动特性进行了试验研究.结果表明:小长径比(L/D)垂直管内流型表现为泡状流、塞状流、乳沫状流、环状流和液束环状流;分别增加管线中的气量、液量,或者同时增加气液流量,均会造成垂直管入口处压力波动的均值和最大压力的增加;压力信号的概率密度(PDF)大部分呈双峰分布,也存在单峰和多峰分布;差压信号的概率密度符合正态分布,其功率谱密度同压力信号相比具有频率波动范围宽、幅值小的特点.     

侧置三角小翼的管翅式换热器特性研究

通过三维数值模拟,对侧置三角小翼纵向涡发生器的顺排和叉排管翅式换热器的流动和传热特性进行了研究。结果表明:在研究的Re数范围内,采用侧置三角小翼措施后,无论对顺排还是叉排管翅式换热器,其换热增强的比例均大于阻力增大的比例;在低Re数时,采用该强化措施的结构比高Re数时具有更优的换热和阻力综合性能。侧置三角小翼强化换热的内在机理可以归结为改善了温度场和速度场的协同性,即减小了速度和温度梯度间的夹角。     

折边螺旋折流板电加热器换热强化

对倾斜角为20°、25°、30°单头及30°双头"斜日字"单元环形布管方式的周向重叠三分折边螺旋折流板电加热器方案进行了热力性能模拟,并与相同布管方式板间距为200、250 mm的弓形折流板电加热器方案进行了数值模拟结果对比。结果表明,倾斜角为25°的折边螺旋折流板方案的换热系数较高,综合指标最高,同时加热管表面平均温度较低。而弓形折流板方案中板间距越大,其换热系数和压降越低,平均温度越高。与板间距200 mm的弓形折流板方案S200相比,三分折边螺旋折流板方案H25°的传热系数与综合性能指标h.△p~(-1/3)分别提高了18.3%和29.8%,同时压降及加热管表面平均温度分别下降了24.3%和45.6 K。     

螺旋隔板花瓣管换热器的传热强化研究

比较了螺旋用板花瓣管和螺旋隔板低肋管润滑油冷却器和空气冷却器的传热性能,实验结果表明,无论是作为油冷却器,还是作为空气冷却器,螺旋隔板花瓣换热器的综合传热性能明显优于螺旋隔板低肋管换热器,且螺旋隔板花瓣换热器还能节省３０％以上的铜管重量．