翼型印刷电路板式换热器内流动与换热特性

为了探究翼型印刷电路板式换热器(PCHE)内流动与换热特性,采用数值模拟方法,以S-CO2为工质,针对S-CO2布雷顿循环燃煤系统中的高温回热器,研究了质量流量、进口温度和出口压力对PCHE流动和换热特性的影响,分析压降、范宁摩擦因子、努塞尔数及综合换热性能评价指标的变化规律,提出S-CO2在翼型PCHE中新的流动和传...     

基于开源求解工具的超临界二氧化碳印刷电路板式换热器流动传热特性数值研究

超临界二氧化碳作为工质的布雷顿循环中印刷电路板式微通道换热器(printed circuit heat exchanger, PCHE)作为连接主压缩机、透平等涡轮机械的关键设备之一,其换热能力是否满足系统设计的工况要求,以及其运行的稳定性,对于整个发电循环的效率和安全性都有着重要的影响。采用流体-固体强耦合传热模型,对换热器内部超临界二氧化碳的流动和流固耦合传热过程进行数值分析。在稳定运行工况下,采用努塞尔数衡量换热器内部的换热不均匀性,得出沿着冷、热通道对流传热强度变化等指标。在非稳态工况下,不仅研究了流动传热特性,还研究了由于PCHE内部换热能力不均匀分布可能导致的部分二氧化碳工质偏离超临界态的风险区域,为超临界二氧化碳发电循环的设计优化和实验验证提供了参考。基于开源的流体力学及传热求解软件,通过测试开源求解工具对于PCHE流动传热特性分析的能力,为基于开源求解工具开发PCHE及超临界二氧化碳发电循环的数值分析专用工具平台,建立针对超临界二氧化碳发电设施的数字孪生系统奠定基础。     

转折角对Z形通道印刷电路板式换热器中二氧化碳流动与换热特性的影响

针对超临界二氧化碳气冷堆核电系统中Z形通道印刷电路板式换热器的优化设计，通过数值模拟研究转折角对印刷电路板式换热器中二氧化碳流动和换热特性的影响规律，分别拟合出摩擦因子和努塞尔数的计算关联式，分析传热过程的热阻，并讨论换热器的综合性能。结果表明，摩擦因子和对流换热系数均随转折角的增大呈抛物线规律增长，在转折角小于20 °时增长较慢。导热热阻占总传热热阻的4.16%～16.02%，并随二氧化碳质量流率和转折角的增大而升高，在印刷电路板式换热器的传热计算中，不应被忽略。随着转折角的增加，通道中努塞尔数的增长幅度小于摩擦因子的增长幅度，传递相同热量的泵送功率增大，但所需换热面积减小，换热器的制造成本下降，实际应用中需进一步通过技术经济分析以选取最佳转折角。为了控制通道中流动阻力占进口压力的比例，转折角以不超过20 °为宜。     

板式热交换器流动分布的理论分析与实验研究

板式热交换器和相同形状波纹槽道的流阻和传热有较大的差距 ,通过流型观测发现板式热交换器内的流量分配不均匀 ,偏流的存在降低了板式热交换器的传热性能 ,增大了流阻 .在压力降测试的基础上 ,提出了单元流路分析的原理和方法 ,能够定量计算板式热交换器内的流量分布 ,并计算了BR10和BR12两种板式热交换器 .计算表明 ,进出口段的波纹形式能显著地影响板式热交换器内的流量偏差 .误差分析验证了单元流路分析结果的可靠性 .     

板式换热器内两相流流量分配的模拟及实验验证

针对带有分配器的钎焊板式换热器内各支路的气液流量分配特性建立了预测模型.基于各支路的压降平衡方程,分别建立了板间流道和分配器流道压降计算模型;基于分配器处的气液分离关系方程,分别建立了两相流体在分配器处相分离和在分配器入口处液膜分布的计算模型.通过将压降平衡方程、气液分离方程分开迭代计算,开发了适用于模型的求解算法.模拟结果与实验测试数据对比表明,换热器总压降的相对误差在±20%以内,两相区高度的相对误差在±13%以内.     

板翅式换热器不同结构导流片导流性能的研究

分析了不同结构导流片对板翅式换热器内部物流分配不均匀性的影响,通过改变导流片的内部结构,对其导流性能进行了研究.研究结果表明,板翅式换热器内部存在着物流分配的不均匀性,影响导流片导流性能的主要因素包括导流片的导流角度、雷诺数等,在导流角度为45°、导流片结构参数在0.1～0.2之间时,存在着最佳导流片结构参数值.通过改变导流片的结构参数可有效地改善换热器内部的物流分配,尤其是可很好地改善换热器的横向物流分配.研究结论对板翅式换热器的优化设计具有重要意义.     

煅后焦颗粒在余热回收换热器内流动特性试验研究

为了提高煅后焦余热回收效率,改进余热回收换热器设计,研究了煅后焦余热回收换热器内颗粒的流动特性.搭建等比例缩小的以有机玻璃为材料的余热回收换热器试验台,进行可视化试验,并且提出了一种流动均匀性的评价方法.试验采用粒子示踪法,定时进行数据采集,研究了煅后焦颗粒在换热器内的流型变化情况、颗粒流动轨迹和流经内换热器的绕流情况,以及颗粒粒径、流动速度对流动均匀性的影响,并拟合了流动均匀性随粒径变化的公式.试验结果表明:煅后焦在换热器内流动为整体流;物料流经内换热器时沿上集箱绕流,流动过程中无堵塞现象;在试验范围内,随着煅后焦粒径增大,流动均匀性变差;煅后焦在换热器内的流动速度对流动均匀性影响较小.     

板翅式换热器物流分配特性的实验研究

实验研究了板翅式换热器封头结构对物流分配特性的影响，研究结果表明，不合理的封头结构造成板翅式换热器内部物流分配极不均匀，封头结构和雷诺数是影响板翅式换热器物流分配的主要因素。首次提出了二次封头结构，定义了当量截面积和当量截面直径来描述封头结构特征。实验结果表明，通过改变封头的结构，可以有效地改善换热器内部的物流分配；封头结构对物流分配不均匀性的影响主要表现在出口截面的横向方向上，而对纵向方向上的物流分配不均匀性的影响较小。得到了不同封头结构的物流分配不均匀特性与雷诺数之间的关系式。     

无短路区新型螺旋折流板换热器换热性能的实验研究

为了消除目前在工业过程中大量使用的螺旋折流板换热器壳程的三角区漏流,首次采用折面折流板代替平面折流板,对其进行了结构改进.通过采用折面折流板,封闭了相邻两块平面折流板在搭接处产生的三角形豁口,消除了由于豁口导致的壳程短路流道,从而改进了换热器壳侧的流场.实验结果表明,用折面折流板代替平面折流板后,换热器的总传热系数增加了7.9％～9.7％,有效地提高了换热器的换热性能.虽然换热器壳程的阻力损失有所增加,但泵耗功率的增量小于2W,相对于换热量的增加可以忽略不计.此项研究对于换热器的节能优化设计具有重要的指导意义.     

特流分配的不均匀性对紧凑式换热器效能的影响

以一侧流体分配不均匀的换热器模型为基础,建立了物流分配不均匀性对换热器效能影响的数学模型,通过理论分析和计算,为研究换热器内部物流分配不均匀对其效能的影响提供了一种分析方法,该理论模型包括连续模型和离散模型2种形式,前者为研究物流分配不均匀引起换热器效能的下降提供了一种分析计算方法,后者为控制实验研究的精度提供了理论依据,研究结论对换热器的优化设计具有重要意义。     

双U型埋管换热器换热影响因素分析

对地源热泵垂直单孔双U型埋管换热器的单孔回填材料、管内流量、进口温度等因素对换热效果的影响进行研究.对搭建实验台的测试数据进行分析,得到了在该测试工况下最佳流量约为1.01m3/h,并对比中粗砂与原土的热导率,得出在导热率增大45%时,其单位井深换热量增大了25%,同时经过数据和设备综合考虑分析得出了机组循环液的出口温度不宜太高,在约35.6℃达到实验最佳值的结果.     

旁路流对换热器壳侧气液两相流动特性的影响

针对工业中广泛应用的管壳式换热器,对壳侧旁路对气液两相流体流动特性的影响进行了试验研究。以Ishihara两相流动模型为基础,建立了以横掠管束的主流路为基础的错流区通用两相压降计算关联式。该关联式与实验结果吻合较好。并通过错流区分相流动模型,分析计算了主流路与旁路中气液分布情况,结果表明主流路和旁路中气液流量的分布是不均匀的;气液各自占相应总流量的比例在不同的流型下明显不同,且比例值的波动范围较大。     

低参数下试验回路主热交换器换热能力分析

燃料组件在高温高压试验回路中的稳态辐照考验是揭示燃料抗辐照性能以及验证新型燃料组件在投入工程应用前安全性的必经阶段。针对高温高压稳态考验,研究了低参数工况对高温高压试验回路主热交换器换热能力的影响,研究表明,两台主热交换器并联运行时的总换热功率并非总是高于单台独立运行,在一次水入口相对流量40%和温度330℃下,两台主热交换器并联运行的功率反而较单台运行时低3.9%～4.3%。同时存在一个流量转折点,在该流量转折点之上,两台主热交换器并联运行才具有实质意义。建立了通过分段拟合求解流量转折点的方法,整体求解了在不同一次水入口温度下的流量转折点,通过拟合求解与计算求解获得的流量转折点平均差异为0.6%,而对应的换热功率平均偏差为1.8%。并且进一步提出在低参数运行工况下,可以采用主热交换器串联的方式解决换热功率不足的问题,在一次水入口温度250℃时,串联运行时的换热功率要较单台或两台并联运行时的最大功率平均高出77.5%。