基于FLUENT的管壳换热器壳程流场数值模拟与分析

通过简化管壳式换热器模型,采用非结构网格划分,选用κε湍流模型,应用CFD软件FLUENT对壳程流体流动和传热过程进行了数值模拟,得到了不同折流板间距情况下壳程流体温度场、压力场以及速度场的分布情况。分析了折流板间距对壳程流体流场分布、换热器传热速率以及压力损失的影响,并得出了进口流速与传热量和压力损失之间的关系。模拟结果与理论研究结果相符合,对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。     

板式换热器换热特性及压降的实验研究

为了研究强化板式换热器的换热性能及压降特性,利用小型R32制冷系统,基于钎焊式板式换热器,进行了一系列实验。实验结果表明：板式换热器出口制冷剂由过热到两相态时,制冷剂侧换热系数先急剧增大后缓慢降低,传热温差快速减小后缓慢降低,压降只有小幅度的变化;随着换热器的效能逐渐增大,平衡换热器效能和系统性能后,蒸发器出口干度接近1时,换热效果最好。研究可为强化板式换热器的设计提供参考。     

条形翅片管换热器的性能研究

本文介绍了一种近似计算条形翅片管换热器空气侧换热系数和流动阻力的方法,换热系数是用条形和平翅片处换热系数按面积加权平均的方法来求得的。这种计算方法与试验结果比较吻合。通过对国内生产的条形翅和平翅片(进口边缘有波纹)管的试验表明,在相同迎面风速(w_f=1.8m/s)和片距下,条形翅片管换热器的传热系数比平翅片管换热器约高50%,但相应的流动阻力仅增加25～30%。因此,对条形翅片管换热器可采用较大的片距(每10mm4～5片)或比平片更少的排数,这样不仅可以在相同的空气阻力下传过更多的热量,而且还可以大大地节约翅片材料。     

三聚甲醛／水换热器的数值模拟及结构改进

针对某大型化工企业的三聚甲醛／水换热器在生产中发生的失效问题,借助于ANSYS FLUENT 15．O软件对换热 器的流体流动以及传热进行数值模拟。通过分析管程和壳程流体的流速分布、温度分布及压力分布情况,找到产生故障 的原因,提出结构改进措施,并采用数值模拟的方法,验证结构改进的合理性。研究结果表明：改变管程进口的方向和距 离,调整壳程进、出口的位置,并在管程和壳程进口处加防冲档板能够使管程和壳程进、出口处的流场分布趋于均匀;降 低流体对管束的冲击力,改善管束周边的应力分布状态。结构改进后可有效防止事故的发生。     

减压阀性能试验与内部流场数值计算

研制了减压阀的全自动性能与寿命试验系统.通过采用模块化系统设计来满足不同规格系列产品的多工况运行与各类试验要求,通过对比分析阀芯结构改进前后的流量压降曲线及阀门内部流场特性的数值模拟,说明曲面形阀芯结构能够达到稳定流动状态,并减小了各种工况条件下的阻力损失.     

带次流道的周向平行弯曲细通道夹套熵产研究

为探究次流道对周向平行弯曲细通道夹套性能的影响,对有无次流道的周向平行弯曲细通道夹套内流体的层流 流动和传热特性进行了三维数值模拟分析。通过对比分析得到如下结果：次流道增加了夹套的平均Nu数;在低Re数 时,有次流道夹套的流阻系数f小于无次流道夹套,而当Re数大于1 050时,有次流道夹套的厂高于无次流道夹套;有次 流道夹套的传热不可逆的熵产率小于无次流道夹套,而2种夹套的流动不可逆的熵产率在低进口Re数时相差不大。次 流道强化了夹套的传热性能,且在低Re数时降低了夹套的流动阻力。     

板厚与波高对波纹钢管涵受力性能影响分析

根据《公路桥涵用波形钢板》(JT/T 710—2008)中的F波型建立波形钢管涵有限元模型,分析波纹钢管涵的受力性能,对比分析了板厚和波高2个参数对波纹钢板涵受力性能的影响。计算分析结果表明,随着板厚和波高的下降,波形钢管涵的变形和应力逐渐增大,且增长幅度逐渐增加;波纹钢管涵在波峰截面的水平位移由顶点到最低点呈现3次先增大后减小的变化趋势,在波谷截面的水平位移由顶点到最低点呈现1次先增大后减小的变化趋势,均在1/2点达到最大值;波纹钢管涵的竖向位移由顶点到最低点呈现逐渐减小的变化趋势,在顶点达到最大值;相邻波峰截面和波谷截面的应力变化趋势存在明显不同,波峰截面的应力最小值出现在1/2点及其附近,而波谷截面在1/2点附近有接近于应力最大值的较大值。     

基于大涡模拟方法的旋流过滤器内流场数值模拟

旋流过滤器在设计改进过程中,缺少对旋流过滤器和传统旋流器内流场的对比分析,且多孔介质阻力对流场影响的研究也较少,针对这一问题,文章选用大涡模拟( LES)方法对传统旋流器和不同多孔介质阻力下的旋流过滤器流场进行了数值模拟。得到了不同多孔介质阻力对旋流过滤器的轴向速度、切向速度、径向速度、静压、涡量及Q值的影响规律,并与传统旋流器内流场进行对比,获得了旋流过滤器流场内丰富的流动信息。结果表明与传统旋流器相比,旋流过滤器最大切向速度和压降减小;随多孔介质区域阻力的减小,最大切向速度和压降也随之减小。旋流过滤器减弱了旋流强度,增加了过滤能力,其内流场受多孔介质区域阻力影响较大。     

流体滑环压损理论计算与仿真分析

为研究流体滑环旋转传输过程中的流道压损,对流体滑环旋转传输局部压损进行简化分析,提出流体滑环压损理论估算方法,并基于Comsol软件对流体滑环进行数值分析,研究不同流体出入口夹角及环形流道宽度对流道压损的影响规律。结果表明：流体压损理论计算相对数值仿真、试验测试结果误差在20%以内,所提出的理论计算方法可指导流体滑环压损快速评估;流体滑环压损随流体出入口夹角增加呈现先增大、后逐步减小的趋势,当流体出入口夹角为30°时,流体滑环压损最大;流体滑环压损随流道宽度系数的增加逐渐减小,当宽度系数增加至一定值时,流道压损减损效果减弱,最佳流道宽度为等截面设计宽度的0.8～1.2倍。     

水泵驱动的动力电池组高效液冷及热管理技术研究

动力电池的温度呈非均匀分布，常规等强度冷却的空冷或者PCM热管理技术难以满足动力电池温度均匀性的要求。为了对动力电池进行更好地热管理，课题组基于分形理论与电池温度分布设计了由水泵驱动的3种高效液冷流道，并采用共轭传热模型进行了数值模拟分析。数值模拟研究结果表明：树型流道在获得较好的流动均匀性的同时具有较低的流阻，在相同泵功耗下能够实现较低的压降损失和良好的均温性能。     

螺旋扭曲扁管管外传热性能数值模拟

为了研究螺旋扭曲扁管管外强化换热性能,采用周期性边界条件对螺旋扭曲扁管管外层流流动与换热性能进行 了数值模拟和理论分析,并且与圆管进行比较。通过建立不同规格的螺旋扭曲扁管换热器几何模型,得出螺旋扭曲扁管 的长短轴比a/b越大、螺距s越小,其管外传热性能就越好,强化传热综合性能评价因子就越大,与此同时,其流动阻力 也会增大。随着Re数的增大,强化传热综合性能增强,但趋势变缓。该研究结果对螺旋扭曲扁管换热器的设计有一定 的参考价值。     

分支管气固两相流动阻力性能的研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径分别为0.25 mm和0.5 mm的砂石进行气力输送试验,对气固两相流动的阻力性能进行研究.试验结果表明,在发送压力保持不变的情况下,当输送气速逐渐下降时,分支管的单位长度压差在开始时减小,但当输送气速下降到一定程度后,单位长度压差下降趋势减缓,有时甚至转而增大;当分支管路流量控制阀开度差值由小变大时,两分支管路中颗粒产生沉积时的临界速度发生相反方向的变化,且平均粒径较小的颗粒临界速度相对较大.     

基于有限元模拟的换热管与折流板碰撞研究

为了研究换热管与折流板的碰撞特性,基于漩涡脱落原理,建立了换热管振动的简化模型,并利用ANSYS非线性瞬态分析,研究简化模型分别在不同的间隙、流体力下换热管与折流板碰撞力随时间的变化规律。结果表明：当流体力偏大时,间隙越大,碰撞力越大;当流体力偏小时,间隙越大碰撞力越小。流体力越大,换热管与折流板之间的碰撞力 越大,但增长速率随流体力的增大而减小。     

截面积尺寸对微通道换热器流动特性的影响机理

微通道换热器的流量分配特性对换热器的换热能力起着至关重要的作用,通过数值模拟的方法研究截面积尺寸对微通道换热器内流动特性的影响机理,模拟研究了通道当量直径、通道高宽比及通道数对流量分配均匀性及压降的影响。研究表明,当量直径最大时,流量分配均匀性最好,压降最低;宽不变,改变通道高宽比,流量分配不均匀度的峰值随着流速的增大出现提前;对比通道数对流量分配及压降的影响,得出6通道数的换热器流量分配最均匀,压降最小。     

液氦温区JT制冷机套管换热器性能研究

为了提高液氦温区JT制冷机的工作效率,对液氦温区JT制冷机用套管换热器开展研究。基于理论计算研究了结构尺寸和螺 旋半径对液氦温区套管换热器效率及对液氦温区制冷量的影响。采用标准k ε湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLE算法构建套管换热器数值计算模型,分析 内外管内氦气工质温度分布情况。结果表明：在换热器压降较小时,减小管径和螺旋半径可以增大液氦温区套管换热器总换热系数,增大换热效率,提高JT制冷 机整机性能。该研究可为液氦温区JT制冷机套管换热器的设计提供参考依据。     

立式屏蔽泵水力性能的数值模拟与分析

为研究SPG50-200型立式屏蔽泵的水力性能,给优化过流部件的结构设计提供基础,采用CFD分析软件对屏蔽泵的内部流动进行了数值模拟。给出了三维造型方法和流场分析方法,分析了泵内流体的速度和压力的分布特性,并基于流动模拟结果预测了水力性能,将计算结果与实验曲线进行了对比,研究了蜗壳断面形状对泵性能曲线的影响,介绍了屏蔽泵的应用前景。研究结果对泵的性能改进有一定指导意义。     

水平圆管内R410A的凝结换热特性研究

在一管内冷凝换热实验台上进行R410A流动冷凝换热实验，旨在研究水力工况、测试管管径对管内换热特性的影响进行探究。实验选用测试水雷诺数表征 水力工况，选取换热系数、压降作为管内换热特性的衡量指标；并将实验数据与经典关联式预测值进行比较，扩展关联式的适用范围。实验结果显示：换热系数 及压降均随着质量流速的增加、管径的减小逐渐增大，虽然换热系数随着测试水雷诺数的增加而减小，但测试水雷诺数对压降影响很小；Shah关联式和Thome关 联式能够较好的预测实验数据，平均预测误差分别为18.83%和6.28%，而Akers关联式的预测值的平均误差达31.04%，足以证明其并不能准确预测实验数据。     

流体诱导U形换热管束振动特性数值研究

针对流体诱导振动引起换热器失效问题，课题组在近真实流场下，对多跨、多管束、带间隙支撑的U形管换热器在受到横向流体冲击时的振动特性进行了研究。研究对象是根据GB/T 151—2014《热交换器》设计的3种不同管芯的U形管换热器，管束排列方式为正三角形，中间等间距分布2块圆形折流板。用数值模拟的方法研究了靠近流体冲击出入口管束的振动特性，不同管排数对中心管振动的影响，以及外排管束对内排管束振动的影响。结果表明：U形管换热器进出口处管束在流体横向冲刷作用下振动剧烈，其加速度振幅随流速的增加而增大；随着外层管排数量增加其对中心管振动的抑制作用越明显；外层管排对其相邻的内排管束振动有加强作用。研究可为研究U形换热管振动机理与防振设计提供参考。     

二次加砂压裂裂缝延伸模型研究

二次加砂压裂工艺处于技术探索阶段,缺少相关理论研究。在考虑二次加砂前,一次加砂已经在缝中沉降并形成一定高度的砂堤,砂堤高度随时间不断变化对缝中流体流动及后续支撑剂沉降产生影响,在此基础上建立了适用于二次加砂压裂的裂缝延伸模型。包括：压裂液在缝中流动的连续性方程、压降方程、裂缝宽度方程及高度方程。其中压降方程是在平板流理论、力学平衡原理的基础上建立起来的,与常规压降方程不同的是该方程考虑了砂堤高度变化对流体流动的影响。数值模拟结果表明二次压裂和常规压裂相比压后增产效果理想,具有推广应用的价值。     

空调换热器5mm铜管的实验研究分析

从小管径铜管替代的角度对两种内螺纹铜管的各种参数以及空气侧和制冷剂侧流动阻力进行了分析。并以AS18HR4FTVUH型号产品为例，通过改变流路、改变U型管数目、增加毛细管长度以及增加冷媒等一系列的实验研究，表明了空调换热器采用小管径铜管后，除了进行流路布置优化外，还需要结合其他方面的改变才可以将换热器的性能调试到与7mm铜管相当。