扭曲螺旋管内LNG的传热与流动特性研究

采用数值分析方法,分别对液化天然气(LNG)在扭曲椭圆管和扭曲扁管内发生相变时的传热和流动特性进行了研究,分析了管道长短轴之比和雷诺数对管道换热性能的影响。结果表明,扭曲管道内流体流动产生的二次流强化了管道的传热性能。扭曲椭圆管道的综合性能系数PEC值均大于1,其换热性能优于相同条件下的圆管;扭曲扁管的长短轴之比小于2时,在低雷诺数时的PEC值小于1,此时扭曲扁管的换热性能不如相同条件下的圆管。在管道长短轴之比相同时,相同条件下扭曲椭圆管的综合性能优于扭曲扁管。     

螺旋扭曲椭圆管内纵向涡流动特性与强化传热机理的CFD分析

以水为介质,采用CFD软件ANSYS Fluent对螺旋扭曲椭圆管内流体的流动规律与强化传热机理进行了研究。研究发现,螺旋扭曲椭圆管特殊的螺旋形管壁形状可诱发管内流体旋转形成纵向涡,且纵向涡的强度不随流动距离的增大而衰减,持续性能良好;纵向涡的存在使得螺旋扭曲椭圆管内流体得速度分布产生明显变化,增强了管内流体速度场与温度场间的协同性能,进而强化流体传热。     

扭曲流道内混沌对流及传热特性研究

采用数值方法对两种扭曲流道(平面流道和曲面流道)进行了研究,分析了扭曲流道和平直流道在雷诺数处于20～1 000范围内时的混沌对流、传热和流阻特性,对比了流道的综合传热性能。结果表明：两种扭曲流道具有混沌特征,雷诺数越大,混沌对流强度越高;流道的传热性能随着雷诺数增大而提高,平面流道传热略优于曲面流道,显著优于平直流道;流道的摩擦系数与雷诺数近似成反比,两种扭曲流道摩擦系数均高于平直流道,曲面流道略低于平面流道。不同流道的综合传热性能在不同的雷诺数范围下具有优势,当雷诺数取1 000时,曲面流道强化传热评价指标值约为1.55,比平面流道高约4.3%,曲面流道倾向于在较高的雷诺数下取得更好的综合性能。     

椭圆形和圆形翅片管流动与传热的数值研究

对椭圆管椭圆翅片间的流动与传热规律进行了三维数值研究,分析了不同翅片间距、迎面风速对表面换热系数和流动阻力的影响;与具有相同结构参数(相同的基管当量直径和翅片厚度、表面积)的圆管圆翅片进行比较表明,在相同条件下,两者的表面换热系数相差不大,但椭圆管椭圆翅片间流动阻力却有明显的减小.场协同分析表明,翅片迎风侧的换热要优于背风侧;通过适当增加迎风侧翅片面积,减小背风侧翅片面积,可以在强化换热的同时,减小流动阻力.     

蒸发式冷凝器管外流体流动与传热传质强化

蒸发式冷凝器是一种高效散热设备,能源危机和水环保促进了它的应用.提出了扭曲管强化管外水和空气流动及传热传质,测试了圆管、椭圆管、扭曲管等三种水平管蒸发式冷凝器的流动与传热传质性能,结果表明,扭曲管间为有序的可控制水流,分布均匀,脱落速度快,更易形成柱状流,管表面水膜厚度比现有圆管和椭圆管小;传热传质系数随冷却水喷淋密度及风速的增大而增大,但冷却水喷淋密度增大至一定值后,对传热传质系数基本没有影响;扭曲管的传热传质系数高于椭圆管,特别是圆管,总结了扭曲管传热传质系数经验式.     

CC型原表面回热器传热与流动数值模拟

对CC型原表面回热器的主换热面附近流场和温度场进行了三维数值模拟。结果表明,传热的强化程度与流动阻力的大小取决于螺旋型二次流动的强弱,影响机理是螺旋型二次流动强烈影响流体的混合和边界层的发展。针对低雷诺数范围流动,通过比较不同结构尺度和换热面布置时传热和流动特性,对换热表面进行了设计优选。     

翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响

基于某车用空调多元平行流蒸发器,以平行流蒸发器的百叶窗翅片为研究对象,利用ANSYS 15.0软件对百叶窗翅片模型进行数值模拟,研究探索百叶窗翅片厚度对平行流蒸发器传热与流动性能的影响,并分别对其五种结构在不同雷诺数Re_(LP)时的传热与流动性能进行了综合评价分析。将数值模拟结果与经验关联式进行对比,传热因子j与阻力特性f因子的最大误差分别为12.16%和5.29%,满足实际工程误差允许范围。结果表明:在雷诺数ReLP不变时,换热系数与压降均随着百叶窗翅片厚度的增加而增大;采用综合评价因子j/f~(1/3)分析得出,A型结构翅片综合性能最好,能够有效强化空气侧换热、提高系统的换热能力,其研究结果可为百叶窗翅片结构优化提供参考依据。     

内置螺旋片的强化传热管的数值模拟研究

本文采用数值计算的方法,以水为流动介质,对内置螺旋片的强化传热管进行流动与传热特性的分析.结果表明,在管内插入螺旋片可以有效提高换热与流动的综合性能,雷诺数Re在300O～12000之间时,其PEC值在1.60～2.40之间.     

螺旋扭曲椭圆管层流换热与流阻特性模拟分析

对螺旋扭曲椭圆管内的层流换热与流阻特性进行了理论分析和数值计算,给出了努谢尔数和阻力系数的准则关系式。表明螺旋扭曲椭圆管可较大程度地强化层流换热,其流阻增加较小,同功耗下的强化传热评判指标可达2～4。将螺旋扭曲椭圆管换热器应用于炼油装置中,节能效益显著。     

较高雷诺数下百叶窗翅片倾斜角对传热的影响

本文建立了一种百叶窗翅片的二维模型,并使用ANSYS Fluent对较高雷诺数下百叶窗翅片的不同倾斜角度对流体流动和传热的影响进行了研究.结果表明,在翅片倾斜角等于33°时,努塞尔数达到最大值,翅片的传热性能最好,在相同雷诺数下,压降随倾斜角度的增加不断增大.在相同的倾斜角度下,雷诺数增加,努塞尔数增大,但同时压降也会变大.通过相同泵功下的换热量来衡量百叶窗翅片的综合性能,得到在倾斜角为19°时,翅片的综合效能最高。     

椭圆形百叶窗翅片传热强化数值分析

提出了一种新型椭圆形百叶窗翅片,采用CFD方法对其阻力特性及传热特性进行了模拟研究,并与传统矩形百叶窗翅片进行比较,分析了雷诺数对两种结构内流体的流动与传热性能的影响,同时对两种结构内流场与温度场的协同性也进行了研究。结果表明:新提出的椭圆形百叶窗翅片与矩形百叶窗翅片相比,阻力因子f降低了16%~20%,传热因子j提高了5%~7%,且雷诺数Re在225.7~451.3范围内,椭圆形翅片综合评价因子j/f1/3比矩形百叶窗翅片的提高了11%~15%,且椭圆形百叶窗翅片的速度与温度场的协同性优于矩形百叶窗翅片,椭圆形百叶窗翅片的综合换热性能高于矩形百叶窗翅片。     

电动汽车空调室外换热器空气侧流动换热模拟研究

采用数值模拟方法对室外微通道换热器翅片侧空气流动换热性能进行仿真计算, 探讨了在制冷工况下,不同百叶窗结构对微通道换热器空气侧传热及流动特性的影响. 结果表明j 因子的模拟结果与实验关联式之间的平均偏差在7.8% 以内,f 因子的平均误差在7.35 % 以内, 符合工程应用要求. 雷诺数较低时, 传热因子j 和阻力因子f 都随Fp 的增大而减小, 雷诺数较高时,Fp 对两者的影响不明显; 随着开窗角度增加换热器换热系数会呈现先增加后减小的趋势, 同时压降会随开窗角度的增大而有所升高.     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

螺旋扁管管外蒸汽冷凝双侧强化传热试验研究

为促进螺旋扁管在冷凝换热装置上的应用,对螺旋椭圆管管外蒸汽冷凝工况下的传热特性进行了试验研究。研究结果表明,螺旋椭圆管在强化管内无相变对流传热的同时也可以强化管外冷凝传热。相同工况下,同圆管相比,所用螺旋椭圆扁管的总传热系数高11%-16%,管内传热系数高约18%,管外冷凝传热系数高约9%。并从二次流减薄传热边界层及冷凝表面利于排除冷凝液的角度,分析了螺旋椭圆扁管的双侧强化传热机理。     

板式换热器强化传热数值研究及热阻分析

以工业广泛使用的板式换热器为研究对象,模拟了人字型波纹板片和凹坑型板片内的流动和换热,得到了平均努塞尔数Nu、阻力系数和综合传热性能因子随雷诺数Re的变化,分析了凹坑深度对换热性能的影响。相同工况下,人字比凹坑型板片的换热效果好但阻力大,故后者综合性能更优。相同来流速度下,凹坑深度越小,综合传热性能越优。同时,对凹坑板式换热器的热阻分析表明,换热温差给定时,热阻越小,换热量越大,因此热阻也可以评价板式换热器的性能。     

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%。     

采用深槽螺旋波纹管的折流杆换热器传热与流动数值模拟

本文采用数值计算方法,以水为流动介质,研究了采用螺旋波纹管为换热管的折流杆换热器传热与流动的综合性能,并与传统采用圆管的折流杆换热器进行对比.结果表明,采用螺旋波纹管的折流杆换热器能有效提高综合强化传热性能,其EEC值可达1.28.     

三叶型花瓣扭曲螺旋缠绕管换热性能的研究

建立三叶型花瓣扭曲螺旋缠绕管的几何模型,对管内的流动和传热特性进行模拟,分析不同结构参数对换热性能的影响,利用响应面法对该管的换热性能进行拟合。结果表明,与传统的光管缠绕管相比,三叶型花瓣扭曲螺旋缠绕管产生的扭转力改善了温度分布不均的现象且换热性能提高了40%;当缠绕半径取最小值,节距取最大值时,换热系数h可达到最大值4.16 kW/(m²·K);三阶多项式能够最准确地描述换热系数与输入参数的关系,其中h的MRS为0.17%,RMSE为0.006,R²为0.999。     

内螺纹强化管传热和阻力特性

本文提供了7个内径为15.54mm的内螺纹粗糙管单相流动的传热和阻力数据,为当前商用粗糙管常用尺寸提供了一系列新的内部强化数据.螺纹管结构参数为螺纹数(18～45),螺旋角(25°～45°)、螺纹高(0.33mm至0.55 mm).测试管由于螺纹处流动分离及表面积的显著增加而得到强化.测试数据范围为5.08≤Pr≤6.29.利用两种关联式来预测不同几何变量和雷诺数下St和摩擦系数.多重回归传热关联式的平均差分别为2.9%和3.8%.传热和摩擦关联式基于粗糙表面热量-动量传输比拟,标准差为分别是1.4%和5.4%.关联式能够合理地预测商用螺纹粗糙管的传热和摩擦.     

扁平管交错蛇形短翅片强化传热的研究

针对火电空冷凝汽器采用的扁平管蛇形翅片长度较大,空气在翅片间流动对强化传热的效果受到边界层发展抑制的缺陷,根据锯齿翅片通过破坏边界层发展强化传热的思想,提出一种扁平管交错蛇形短翅片结构。实验结果表明,扁平管交错蛇形短翅片的传热性能优于原有结构,在不同雷诺数Re范围,努塞尔数Nu增加了1.4%～16%;同时空气侧流动阻力也明显增加,摩擦系数f增加了18%～45%。由综合评价指标PEC也可以得到,扁平管交错蛇形翅片有效地强化了空气侧的换热。