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螺旋折流板换热器壳程流动特性

化工学报 2014年第8期65卷 2970-2975页

作者：杜文静王红福程林山东大学热科学与工程研究中心山东济南250061

可视化实验研究了透明螺旋折流板换热器的壳程速度分布特征,重点研究了轴向速度的分布规律及对应的机理。结果表明,轴向速度按照折流板的螺旋周期呈周期性变化,不同流量下同一测点的轴向速度分布规律相似。轴向速度在换热器壳程周边区... 详细信息

可视化实验研究了透明螺旋折流板换热器的壳程速度分布特征,重点研究了轴向速度的分布规律及对应的机理。结果表明,轴向速度按照折流板的螺旋周期呈周期性变化,不同流量下同一测点的轴向速度分布规律相似。轴向速度在换热器壳程周边区域分布比较均匀,沿轴向变化幅度较小,流动相对稳定,湍流度较低。由于受三角区漏流的影响,管束中心区域轴向流速急剧增大,沿轴向变化幅度较大,稳定性差,湍流强度较高。中心区域轴向速度平均值明显高于外围区域,离换热器中心越近,轴向速度越大。随着壳程流量的增大,中心区域轴向速度的增幅高于外围区域。管束中心处轴向速度波动剧烈,壳程流量较小时,中心处轴向流速平均值最大,随着流量的增加,湍流度增大,流体返混现象明显,中心处轴向流速平均值逐渐减小。

关键词：螺旋折流板换热器实验验证流动超声多普勒测速仪

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螺旋折流板换热器层流流动与换热的数值模拟

工程热物理学报 2007年第5期28卷 853-855页

作者：张剑飞李欣吴扬何雅玲陶文铨西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

应用多孔介质和分布阻力模型对一螺旋折流板管壳式换热器的壳侧层流流动与换热进行了三维数值模拟,并与该换热器的实验研究结果进行了对比分析,符合程度良好。证明了该方法能有效地模拟螺旋折流板换热器的流动和换热特性。

关键词：螺旋折流板换热器多孔介质和分布阻力模型数值模拟

螺旋折流板换热器的协同角分布特性及局部换热特征

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化工学报 2013年第8期64卷 2769-2773页

作者：张剑飞陶文铨何雅玲西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

采用商用软件GAMBIT和FLUENT对3种不同螺旋角的螺旋折流板换热器周期性模型进行了三维数值模拟计算分析。计算发现40°角模型的Nusselt数最高而平均协同角最小,结论符合场协同原理。揭示了螺旋折流板换热器内场协同角的分布特征,发现螺... 详细信息

采用商用软件GAMBIT和FLUENT对3种不同螺旋角的螺旋折流板换热器周期性模型进行了三维数值模拟计算分析。计算发现40°角模型的Nusselt数最高而平均协同角最小,结论符合场协同原理。揭示了螺旋折流板换热器内场协同角的分布特征,发现螺旋折流板换热器整场的场协同角分布相当均匀。同时,对螺旋折流板换热器内不同区域的局部换热特征进行了研究,发现中心区域的换热强度随Reynolds数逐渐增强。

关键词：螺旋折流板换热器周期性模型换热特性场协同数值模拟

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螺旋折流板换热器壳侧流动的数值模拟

西安交通大学学报 2004年第11期38卷 1106-1109页

作者：邓斌吴扬陶文铨西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

采用多孔介质、分布阻力模型、阶梯逼近技术对螺旋折流板换热器壳侧的流动进行了三维数值模拟,湍流方程组的求解采用了改进的k-ε模型和壁面函数法.数值模拟结果表明,在相同的进口内径及相同的进口流量条件下,螺旋折流板换热器壳侧的压... 详细信息

采用多孔介质、分布阻力模型、阶梯逼近技术对螺旋折流板换热器壳侧的流动进行了三维数值模拟,湍流方程组的求解采用了改进的k-ε模型和壁面函数法.数值模拟结果表明,在相同的进口内径及相同的进口流量条件下,螺旋折流板换热器壳侧的压降明显低于弓形折流板换热器的,且随着螺旋角的增加,压降呈减小的趋势.在小流量条件下,计算所得的换热器进出口总压降与实验值之间的偏差大部分在14%以下,最大为18%,能符合工程计算的需要.

关键词：螺旋折流板换热器多孔介质模型数值模拟

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螺旋折流板换热器换热强化的数值研究

西安交通大学学报 2014年第9期48卷 43-48页

作者：文键杨辉杜冬冬薛玉兰王萌萌王斯民西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

针对目前常用螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块折流板结构而严重影响换热器性能的问题,提出了一种旋梯式折面折流板新结构,用来封闭原始折流板之间的三角漏流区,使壳程流体接近连续的螺旋状流动.模拟结果表明：采用旋梯式折... 详细信息

针对目前常用螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块折流板结构而严重影响换热器性能的问题,提出了一种旋梯式折面折流板新结构,用来封闭原始折流板之间的三角漏流区,使壳程流体接近连续的螺旋状流动.模拟结果表明：采用旋梯式折面折流板代替原始的扇形折流板后,换热器壳程流体的切向和径向速度大幅提升,轴向速度略有降低;换热器总传热系数增加51.7％～66.1％,壳程压降增加159.8％～186.2％,换热器的热性能因子提高了10.4％～17.0％,平均增加14.1％.采用旋梯式折面折流板能有效提高螺旋折流板的换热性能,且具有定位和安装简单、方便等优点,对于换热器的节能优化设计具有重要的指导意义.

关键词：螺旋折流板换热器节能优化三角漏流换热强化

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螺旋折流板换热器质心当量矩形通用计算模型

化工学报 2020年第7期71卷 3050-3059页

作者：郑舒星朱子龙陈亚平吴嘉峰东南大学能源与环境学院低碳型建筑环境设备与系统节能教育部工程中心江苏南京210096

现有螺旋折流板换热器(HBHXs)螺旋通道的截面积是按照通道中被管排阻挡的最小截面计算的,而实际的螺旋通道截面是由最小截面和管间的最大截面共同构成的,螺旋流是逐步通过最小截面的。由于按此最小截面公式计算的Reynolds数不准确,因此... 详细信息

现有螺旋折流板换热器(HBHXs)螺旋通道的截面积是按照通道中被管排阻挡的最小截面计算的,而实际的螺旋通道截面是由最小截面和管间的最大截面共同构成的,螺旋流是逐步通过最小截面的。由于按此最小截面公式计算的Reynolds数不准确,因此无法获得预测Nusselt数和摩擦因子与Reynolds数关系的通用关联式。提出了一种新型质心当量矩形(MCER)模型,以更精确地计算螺旋折流板换热器的螺旋通道的截面积和壳侧流体Reynolds数,并采用商用软件HTRI和文献的实验数据对MCER模型进行了验证,获得了较满意的结果。在相同条件下,按MCER模型计算壳侧Nusselt数Nuo的结果与采用换热器设计软件HTRI所计算结果的误差在-10%~5%范围内,与两组文献实验结果的误差分别在±18%和-5%~15%范围内,但其摩擦因子的公式结果与上述来源结果比较的误差都比较大,需要进一步完善。

关键词：传热模型简化实验验证螺旋折流板换热器质心当量矩形

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螺旋折流板换热器三角区漏流阻塞的实验研究

化工学报 2014年第9期65卷 3389-3394页

作者：王斯民明玉生陈亢张早校文键薛玉兰西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

目前普遍使用的螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块平面折流板结构，但在相邻两块折流板的直边搭接处存在顶角相对的两个三角漏流区，使壳程流体偏离理想的螺旋流，严重影响了换热器的性能。采用折面折流板结构，可以封闭原始... 详细信息

目前普遍使用的螺旋折流板换热器壳程的一个螺距主要采用4块平面折流板结构，但在相邻两块折流板的直边搭接处存在顶角相对的两个三角漏流区，使壳程流体偏离理想的螺旋流，严重影响了换热器的性能。采用折面折流板结构，可以封闭原始折流板之间的外侧三角漏流区，使壳程流体更接近连续的螺旋流动。实验结果表明，采用折面折流板代替原始的平面折流板后，换热器总传热系数增加6．7％～19．1％，平均增大16．9％，表明此折面折流板能有效提高螺旋折流板换热器的换热性能。虽然壳程压降也随之增大，但带来的泵耗功率增量非常有限。换热器的热性能因子均大于1．0，平均值为1．071，表明结构改进后的换热器，其综合性能平均提高7．1％。基于实验数据，拟合了结构改进前后的换热器壳程传热系数和阻力系数的相关实验关联式。研究结果对于换热器的节能优化具有重要的指导意义。

关键词：螺旋折流板换热器传热优化折面板三角漏流区实验验证

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螺旋折流板换热器折流板的数控加工

中国石油大学学报（自然科学版） 2007年第4期31卷 106-111页

作者：王正方王勇曲大伟中国石油大学机电工程学院山东东营257061 齐鲁石化公司机械厂山东淄博255400

螺旋折流板管壳式换热器比传统的弓形折流板换热器具有更高的换热效率,但是螺旋折流板结构实现起来十分困难,阻碍了其在工程上的应用。螺旋折流板在壳程内倾斜布置,与换热管交叉成一定角度,上面的孔为斜孔,采用传统的机械加工方法难以... 详细信息

螺旋折流板管壳式换热器比传统的弓形折流板换热器具有更高的换热效率,但是螺旋折流板结构实现起来十分困难,阻碍了其在工程上的应用。螺旋折流板在壳程内倾斜布置,与换热管交叉成一定角度,上面的孔为斜孔,采用传统的机械加工方法难以实现。针对2管程换热器,将一个周期的折流板分为4块,对折流板上管孔的排布方式进行研究分析,找出规律,建立了数学模型,用EIA代码编制了数控加工程序。在MITSUBISHI操作系统的数控钻铣床上,采用特殊的刀具,将折流板点焊为一摞,装夹在旋转工作台上,使之与刀具成一个固定角度,实现了阶梯式螺旋折流板上孔的加工,解决了制造的难题,提高了生产效率和钻孔精度,为螺旋折流板管壳式换热器的推广应用提供了可能。

关键词：折流板螺旋折流板换热器数控加工

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螺旋折流板换热器的熵产分析

化学工程 2014年第11期42卷 45-50页

作者：杨辉文键王斯民西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

通过CFD数值方法,从热力学第二定律的熵产数NS出发,对比研究折面折流板换热器与原始扇形折流板换热器的性能。以分析改进型换热器能量转换数量和质量的优化程度。研究结果发现:折面折流板换热器封闭了扇形折流板相邻直边之间的三角泄漏... 详细信息

通过CFD数值方法,从热力学第二定律的熵产数NS出发,对比研究折面折流板换热器与原始扇形折流板换热器的性能。以分析改进型换热器能量转换数量和质量的优化程度。研究结果发现:折面折流板换热器封闭了扇形折流板相邻直边之间的三角泄漏区,使换热器不仅保持了壳程流体较好的螺旋状流动,而且流动形成了更加明显的径向速度梯度。折面折流板换热器总传热系数增加30.4%—36.3%,壳程压降增加36.0%—36.5%。螺旋折流板换热器熵产数NS随着传热单元数NTU增加而减小。在相同的入口流量下,折面折流板换热器传热单元数NTU均大于扇形折流板换热器,而熵产数NS均小于扇形折流板换热器,减小了24.4%—28.4%。折面折流板换热器不仅在提高换热器能量转换数量方面具有明显的优势,而且在能量的转换质量,即热力完善程度,也有显著的提高。文中的研究结果对于进一步了解螺旋折流板换热器流动换热的机理、指导换热器优化设计具有重要的意义。

关键词：螺旋折流板换热器熵产三角泄漏节能优化性能评价