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析湿工况换热通道凝结水生成特性的实验研究

析湿工况换热通道凝结水生成特性的实验研究

作者：姜林秀兰州交通大学

学位级别：硕士

紧凑型管翅式换热器作为典型常用的换热器形式被广泛应用于空调器中。当管翅式换热器翅片表面温度低于湿空气的露点温度时,湿空气中的水蒸气将会在翅片表面析湿,随着冷凝过程的不断进行以及凝结液间的融合,凝结液会逐渐生长,直到重力和... 详细信息

紧凑型管翅式换热器作为典型常用的换热器形式被广泛应用于空调器中。当管翅式换热器翅片表面温度低于湿空气的露点温度时,湿空气中的水蒸气将会在翅片表面析湿,随着冷凝过程的不断进行以及凝结液间的融合,凝结液会逐渐生长,直到重力和气流拖曳力的合力大于凝结液在翅片表面上的附着力时,凝结液在翅片表面开始运动,最终排离翅片表面。凝结水在翅片表面的形成、生长和运动的行为均会影响管翅式换热器空气侧的压降与传热传质性能。本文重点从凝结水在换热通道内的生成及运动特性和凝结水通过何种机理对传热和阻力产生影响入手进行了以下研究:首先,基于可视化技术,针对紧凑型、高性能换热器结构较优参数设计加工出本实验所用的三种翅片材质形式的测试试件,从凝结水在换热通道内的生成及运动特性和凝结水通过何种机理对传热和阻力产生影响两方面入手制定了本文所需的实验方案,并确定了实验的评价指标和数据的处理方法。其次,根据实验方案搭建了可视化热工特性测试实验台,通过对实验台可靠性进行分析可知:换热器换热量的最大误差为10.45%,最小误差为3.92%;空气侧换热系数的最大误差为15.05%,最小误差为8.52%;空气侧阻力系数的最大误差为7.60%,最小误差为3.57%。误差基本被控制在±15%以内,满足实验的可靠性。第三,通过实验拍摄的大量凝结水图片和实验数据分析得到了三种材质的管翅式换热器翅片表面凝结水的析出规律,发现铜翅片和铝翅片表面凝结水呈现为珠状凝结,附带亲水层的铜翅片表面凝结水呈现为膜状凝结。入口空气流速的增加,铜翅片、铝翅片和附带亲水层的铜翅片表面凝结水的脱落直径分别由0.5m/s时的0.402mm、0.411mm和0.443mm逐渐减小到4.0m/s时的0.18mm、0.2mm和0.239mm,冲刷周期分别由0.5m/s时的241s、250s和269s逐渐增加到4.0m/s时的366s、461s和502s。入口相对湿度的增加,管翅式换热器翅片表面凝结水脱落直径几乎没有变化,而冲刷周期分别由相对湿度为40%时的399s、442s和455s逐渐减小到80%时的49s、66s和101s。第四,得到了三种翅片材质形式的管翅式换热器翅片表面凝结水的临界空气流速变化规律。发现入口空气流速和相对湿度增加都会使临界空气流速增加,在相同的入口空气温度和相对湿度条件下,附带亲水层的铜翅片临界空气流速>铝翅片临界空气流速>铜翅片临界空气流速。最大临界空气流速出现在入口空气温度为35℃,入口相对湿度为80%时附带亲水层的铜翅片表面,最大临界空气流速为3.87m/s,即在给定工况下临界空气流速不超过4.00m/s。该结果可为析湿工况下的换热器防止空气流动产生凝结水夹带问题提供参考。第五,分析了不同入口空气风速、不同入口相对湿度、不同入口空气温度、不同管侧入口水温和不同翅片材质形式对管翅式换热器传热及阻力特性的影响。结果显示增加空气的流动速度、入口空气温度和管侧入口水温都可以提高管翅式换热器的传热性能,f随入口空气温度的升高而增加,随入口空气流速和管侧入口水温的升高而减小,如入口空气温度为27℃,管侧入口水温为15℃,入口相对湿度为50%时,铜翅片、铝翅片及附带亲水层的圆管管翅式换热器在入口空气流速4.0m/s时的f与0.5m/s时相比,f分别降低了29.32%、41.80%和47.98%。实验发现翅片表面附带亲水层虽然减小了管翅式换热器空气侧的压降,但却使空气侧的传热性能降低。

关键词：换热通道凝结水运动特性传热性能阻力

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析湿工况换热通道凝结水生成特性的数值研究

析湿工况换热通道凝结水生成特性的数值研究

作者：王丽兰州交通大学

学位级别：硕士

由于全球经济的快速发展造成的能源紧张、能耗过大及随之造成的环境问题是当前社会面临的严峻形势。而我国居高不下的人口增长率和社会发展速度造成的高能耗问题更是值得我们重点关注,尤其是比重较大的建筑与设备的高能耗问题不容忽视... 详细信息

由于全球经济的快速发展造成的能源紧张、能耗过大及随之造成的环境问题是当前社会面临的严峻形势。而我国居高不下的人口增长率和社会发展速度造成的高能耗问题更是值得我们重点关注,尤其是比重较大的建筑与设备的高能耗问题不容忽视。其中制冷空调产品因其在生产中的耗材、运行中的耗电及其在使用过程中造成的产能过剩和产能利用率过低等问题更是加剧了能源的浪费。换热器是空调系统中主要的耗能设备,其换热性能对空调系统起着关键性的作用。目前建筑物内空调系统中所使用的换热器的空气侧普遍存在析湿现象,析湿工况下空气与换热器翅片表面同时进行着热量交换和质量传递,并且析湿冷凝出的凝结液对换热通道内的换热与阻力特性有着复杂的影响。为了更深入地探究析湿工况下翅片管换热器换热通道内冷凝液滴对换热器整体传热传质过程的影响,本文针对空调产品中常用的紧凑型翅片管换热器空气侧在析湿工况下的传热传质特性进行了数值研究:(一)建立简化的平翅片管和波纹翅片管换热器的数值计算模型,利用Fluent19.0软件对该三维两相两组分非稳态状态下的两种不同结构的翅片管模型进行数值计算。模拟计算工况为:入口湿空气流速分别为1.0m/s、2.0m/s、3.0m/s、4.0m/s,相对湿度分别为50%、60%、70%、80%。并将模拟计算值与实验结果进行了对比验证,吻合度较高。(二)对比分析了平翅片管和波纹翅片管模型在湿工况下的流场分布及翅片表面的冷凝特性。结果表明湿工况下冷水管壁周围的换热效果优于干工况的;管排数的增多对翅片管模型换热通道上游的流场分布几乎没有影响;翅片结构形式对翅片管模型的温度场、速度场及浓度场都有明显的作用。两翅片管模型翅片表面的凝结液直径随入口流速的增大而减少,数量随入口相对湿度的增大而增多,这与实验结果具有一致性。(三)通过探究翅片管换热器翅片表面的凝结量分布,可以发现翅片表面的总析湿量随入口相对湿度的增大而增大,随入口空气流速增大而减小。波纹翅片管模型在不同速度下的最大增量是平翅片管模型的2.03倍。进出口湿空气中水蒸气的平均质量分数都随入口相对湿度和空气流速的增大而增大,平翅片管模型的该平均质量分数最大是波纹翅片管模型的1.16倍。翅片表面凝结液的平均体积分数随时间的增多呈先急剧增大到一定值后开始上下波动的趋势。当u=4.0m/s时,RH=50%、RH=60%、RH=70%、RH=80%的工况在不同时刻下凝结液的平均体积分数最大达到了0.0001541。(四)当入口空气流速分别为1.0m/s、2.0m/s、3.0m/s、4.0 m/s,相对湿度分别为50%、60%、70%、80%时,对比平翅片管和波纹翅片管模型的空气侧传热传质特性,发现两模型的总传热量、传热传质系数、平均Nu数都随入口空气流速的增大而增大,阻力系数、翅片效率、传热因子j和传质因子j都随入口空气流速的增大而减小;总传热量、总传热系数和平均Nu数都随入口相对湿度的增大而明显增大,而翅片效率则随入口相对湿度的增大而减小;显热传热量、显热传热系数、传质系数、阻力系数、传热因子j和传质因子j都对入口相对湿度的变化不敏感。波纹翅片管模型的各参数几乎都高于同工况下的平翅片管模型的值。波纹翅片管模型的综合传热因子JF值在u=4.0m/s、RH=60%时最大为1.1854,说明该工况下的强化换热效果最好。(五)根据不同管排数下的平翅片管模型的模拟结果可以发现高流速时管排数对翅片管模型的总换热量影响显著;传热因子j随管排数的增多而呈微小减小趋势,当u=1.0m/s时,相较于四排管的翅片管模型,一排管的翅片管模型的传热因子j增大了6.06%,而传质因子j增大了241%。

关键词：换热通道平直翅片管换热器波纹翅片管换热器析湿工况热质传递数值研究

换热通道对固体蓄热电加热装置温度分布均匀性的影响

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制冷与空调 2023年第5期23卷 23-28,60页

作者：赵雪罗勇姜宏石家庄铁道大学北方工程设计研究院有限公司

针对固体蓄热电加热装置在运行中电加热丝时常烧断的问题,依托于4 MW蓄热装置,提出保持蓄热体组质量和换热面积不变,改变换热通道数目的方案,分别对原装置模型和改变换热通道数目后的装置模型进行数值模拟,对比分析蓄热体温度和换热通... 详细信息

针对固体蓄热电加热装置在运行中电加热丝时常烧断的问题,依托于4 MW蓄热装置,提出保持蓄热体组质量和换热面积不变,改变换热通道数目的方案,分别对原装置模型和改变换热通道数目后的装置模型进行数值模拟,对比分析蓄热体温度和换热通道内壁温度。结果表明:当换热通道数目为8条时,蓄热体组垂直于换热通道方向的蓄热体和换热通道内壁温差明显减小,有效改善温度分布不均匀的问题。

关键词：固体蓄热电加热装置换热通道蓄热体温度

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集合反应物和换热通道的通道式反应装置

石油化工 2003年第2期32卷 152-152页

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矩形与收敛通道内高实度扰流柱换热特性研究

燃气涡轮试验与研究 2018年第1期31卷 38-44页

作者：张玲李英东王建龙董宇航东北电力大学能源与动力工程学院吉林吉林132012

采用SST k-ω湍流模型,对矩形与收敛两种通道内高实度(45%)圆形扰流柱的传热与流动特性进行数值模拟。通过比较两种通道内的流场结构,分析其内部冷却气体的流动机理,进而探求扰流柱阵列的传热性能与压降变化。结果表明:通道类型对内部... 详细信息

采用SST k-ω湍流模型,对矩形与收敛两种通道内高实度(45%)圆形扰流柱的传热与流动特性进行数值模拟。通过比较两种通道内的流场结构,分析其内部冷却气体的流动机理,进而探求扰流柱阵列的传热性能与压降变化。结果表明:通道类型对内部流场结构有很大影响。收敛通道内流体的速度相比矩形通道的呈现沿程增加的趋势,其对自身的流动损失及换热效果影响加大;两种通道内扰流柱的平均换热水平随进口雷诺数的增大均呈指数上升趋势,相比较收敛通道的更高,但差距逐渐缩小;两种通道的整体压力损失系数均呈指数下降趋势。同一进口雷诺数下,矩形通道在中游出现换热峰值,收敛通道的换热效果沿流向持续提升,两者虽在相同排列产生换热波动点,但单排换热差距逐渐增大。矩形通道内单排扰流柱压力损失系数沿流向先降低后升高,收敛通道内则持续上升。

关键词：燃气轮机涡轮叶片圆形扰流柱换热通道换热效果压力损失系数

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新型温差发电装置的结构设计

热能动力工程 2016年第3期31卷 125-128,146页

作者：陈伟梁燕胡长军翟建广上海工程技术大学材料工程学院上海201620

分析了温差发电装置的内部结构对温差发电效率的影响，并在此基础上设计制作出了一种新型温差发电装置，其内部换热通道的横截面为六边形、通道内部带有错排扰流片。通过错排结构使温度差值变大，提高了传热效率。在发动机转速为3000r／... 详细信息

分析了温差发电装置的内部结构对温差发电效率的影响，并在此基础上设计制作出了一种新型温差发电装置，其内部换热通道的横截面为六边形、通道内部带有错排扰流片。通过错排结构使温度差值变大，提高了传热效率。在发动机转速为3000r／min、换热通道入口处尾气温度为130-140℃时，其电压在1．112-1．151V范围内波动，发电功率为1．325W。并通过温度一电压的函数模拟，

关键词：汽车尾气温差发电装置换热通道错排扰流片

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造粒模板流场和温度场的数值模拟

造粒模板流场和温度场的数值模拟

作者：石奇峰沈阳大学

学位级别：硕士

造粒模板的温度分布均衡对塑料造粒顺利进行起着关键的作用,均衡的温度分布使得各个造粒孔的温度分布均衡。如果熔融状态下的塑料物质在各个造粒孔中的温度相差不大,最终能够被顺利挤出完成造粒过程;如果模板的温度分布不均衡,就会造成... 详细信息

造粒模板的温度分布均衡对塑料造粒顺利进行起着关键的作用,均衡的温度分布使得各个造粒孔的温度分布均衡。如果熔融状态下的塑料物质在各个造粒孔中的温度相差不大,最终能够被顺利挤出完成造粒过程;如果模板的温度分布不均衡,就会造成造粒孔的温度相差过大,温度过高部分在物料被挤出造粒面时不能被充分冷却而成粘稠状,温度较低部分则使得物料不能顺畅流动,发生堵塞现象。本文采用计算流体力学的方法模拟了造粒模板的流场和温度场。研究了导热油入口压强对造粒模板流场和温度场分布的影响,对两种不同结构的造粒模板进行了对比分析,并研究了折流板在造粒模板中的应用,得出造粒模板结构对流场和温度场的影响作用。 (1)单体造粒模板的研究表明：造粒模板温度场分布不均匀,随着入口压强(3.2MPa、4.0MPa、4.8MPa、5.6MPa、6.4MPa)的增大,流动速度有所增加,但是温度场的分布没有明显的改变。 (2)连体造粒模板的流场和温度场分布不均匀,若小出口通道比较窄,小出口附近的流速偏低,温度也偏低;当把小出口的的宽度加大到10mm时,流场和温度场发生了变化,小出口附近的流速变大,温度也变高;减小小出口的宽度为8mm时,发现小出口附近的高温区域变小;当小出口宽度变为6mm和7mm时,小出口的流速略低于其他通道,但是温度分布基本均匀,最大温差不超过10K,而且在造粒孔的分布区域温差更小,基本能够满足顺利造粒的条件。 (3)折流板对造粒模板的流场和温度场分布有重要影响,通过加折流板发现,在通道内加折流板可以减缓通道内的整体流速,使得流速降低。在小出口宽度为3.5mm的连体造粒模板和小出口为10mm的连体造粒模板内加折流板,都能够有效减小通道内流速,使得整个通道内的流速趋于均匀,最终得到均匀的温度分布。 (4)造粒模板在造粒过程中,流场的均匀性和温度差的均匀性基本是一致的。我们可以通过改善通道内的流速分布,改变温度的分布,从而提高造粒模板造粒的造粒效率。本文的模拟结果经过了实验验证,证明了研究方法的正确性。其研究结果对造粒模板更深入的研究具有一定的指导意义。

关键词：单体造粒模板连体造粒模板换热通道流场温度场温度分布

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造粒模板换热系统流动和传热的仿真研究

造粒模板换热系统流动和传热的仿真研究

作者：王敦旭沈阳大学

学位级别：硕士

换热通道的结构分布及其传热效果不佳,导致熔融物料受热分布不均,物料温度过高部分在被挤出造粒面时不能被充分冷却而成粘稠状;物料温度较低部分则不能顺畅流动,发生堵塞现象,影响造粒的顺利进行,甚至影响造粒模板的使用寿命。通过对仿... 详细信息

换热通道的结构分布及其传热效果不佳,导致熔融物料受热分布不均,物料温度过高部分在被挤出造粒面时不能被充分冷却而成粘稠状;物料温度较低部分则不能顺畅流动,发生堵塞现象,影响造粒的顺利进行,甚至影响造粒模板的使用寿命。通过对仿真研究的步骤进行分析,确立了本文的仿真研究步骤为:数值计算方法的确定、研究对象的几何模型的建立、流场物理模型的建立、温度场物理模型的建立、数学模型的建立、单值性条件的设置。本文对在不同初始流速以及在加热通道内设置折流板的情况下,加热系统的换热情况进行了仿真研究,通过对加热系统的流场、温度场的研究分析,得出了以下结论:(1)流体的流动带动着热量的传递,流速的大小是热量传递的一个关键因素。因此通过对导热油初始速度分别为v0=50mm/s与v0=40mm/s情况下的流动及传热的计算分析与对比:当v0=40mm/s时,造粒带温度分布明显不均,存在过冷现象,发生造粒孔堵塞,不适合造粒生产的进行;当v0=50mm/s时,传热效果良好,温度分布均匀,造粒带温度能达到490k左右,有助于造粒生产的进行。(2)在加热通道内设置折流板后,通过对导热油的流动与传热效果仿真计算,分析可知:在导热油初始速度v0=45mm/s、初始温度T0=523k的情况下,造粒带温度能达到490k左右,且温度分布均匀,不存在过冷与过热现象;因此设置折流板能加强导热油的扰动,其综合传热性能优于增加折流板之前的加热通道,很好地满足了稳定性和经济性。

关键词：造粒模板换热通道仿真折流板

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造粒模板流场及温度场的数值模拟

黑龙江科技信息 2009年第2期 43-43页

作者：石奇峰李晓桥杨东升樊勇保沈阳大学机械工程学院硕士研究生辽宁沈阳110000

应用FLUENT软件对塑料造粒模板的加热介质在不同压强下的流场和温度场以及模板的温度场进行了模拟。并指出造粒模板的结构缺陷及改进方案。

关键词：造粒模板换热通道模拟