管壳式换热器管束动力特性研究

针对工程应用中换热器由于振动而产生破坏的情况,采用流固耦合分析方法,模拟了单根换热管共振特性,并结合GB/T 151—2014《热交换器》中的计算公式对ANSYS计算结果进行了验证。此外,通过有限元软件ANSYS进一步分析了换热管数量对换热器管束共振频率的影响。仿真 结果表明：随着换热管数目的增加,管束频率带宽将增大,其下限逐渐减小,上限将逐渐增大。该研究对换热器的防振设计有一定的参考意义。     

真实流场中管束排列方式对流体诱导振动影响的研究

针对工程应用中流体诱导换热器管束振动破坏的情况,搭建实验平台通过加速度传感器测得真实流场下管束的振动加速度响应,并在Workbench15.0中采用双向流固耦合方法进行数值模拟。对比实验测得结果和数值模拟结果,分析不同排列方式和换热管数量的管束振动特性,发现正三角形排列比正方形排列管束更加稳定,更难发生流弹不稳定;外层横排管对其后第1排管束振动有促进作用,对其后第2排管束振动有抑制作用;沿着横流方向,后排管束振动受前排管抑制作用越来越大。对换热器的防振设计有一定的指导意义。     

一种应力敏感油气藏流固耦合的简化模拟方法

数值模拟中通常采用流固耦合的方式来模拟应力敏感现象。但是，流固耦合需要大量的数据以及计算时间。利用多孔介质弹性理论和双重有效应力理论，得到地层压力与地层平均应力的关系，并把实验室测量数据转换到地层条件下，并将这种关系应用到数值模拟中。结果表明，渗透率的变化并不明显；考虑渗透率随压力变化时的稳产时间和累计产量均比未考虑时有降低，其降低幅度比较小；提出的简化模拟方法与流固耦合模拟结果差别不大。      

流体诱发换热器管束弹性不稳定性的数值模拟

针对常规换热器频发的振动破坏现象，课题组基于动网格技术和双向流固耦合方法，建立了流体诱发管束振动的三维数值模型。采用数值模拟对实验难以 获得的管束振动轨迹进行了补充；研究了管束发生流体弹性不稳定性时主振方向的变化；分析了管子位置的分布对振动的影响；探究了管束的排列方式和节径比 对流体弹性不稳定性的影响。结果显示：流体弹性不稳定性先发生在曳力方向，后发生在升力方向；位于边缘的管子的振幅大于中间管子的振幅；在4种排列方 式的管束中，发生流体弹性不稳定性从难到易依次为正方形、正三角形、转置正方形、转置正三角形；在一定的范围内，节径比越小，越易于发生流体弹性不稳 定性。课题组对换热器管束在模拟方面的研究可对工程应用起到一定的指导作用。     

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。     

直管流致振动数值模拟中的参数选择

基于ANSYS Workbench与CFX有限元分析软件,采用双向流固耦合方法,以横向流作用下的单根直管为基本分析对象,建立三维流固耦合模型。利用Meshing划分不同网格来研究网格划分对单管的流致振动数值模拟的影响。以横向均匀来流下单管为例,给出了合理的边界层网格划分方式及合理的时间步长。     

方进椭型钢轧制变形过程三维有限元模拟

应用MARC/autoforge商用有限元软件,对方轧件在椭圆孔型中的轧制变形过程进行热力耦合模拟.研究了模拟过程中的轧件温度场的分布及变化规律以及轧制能力参数在轧制过程中的变化.分析计算说明,采用有限元模拟的方法可以较好地反映金属的实际变形情况.     

铸铁件浇注的三维充型与凝固模拟

本文利用流体力学及传热理论,开发了耦合传热的三以型模拟软件,应用该软件及ＴＥＭＰ对选定铸件进行了充型及凝固模拟,其结果可为生产实际的工艺设计提供较为准确的依据。     

用稳恒电场模拟静电场的理论依据

通过对稳恒电场及稳恒电流场特性的分析，探讨了利用稳恒电场模拟静电场的理论依据；通过对特例和一般带电情况的讨论．指出成功实现模拟所具备的条件及其应用的局限性．     

车用永磁同步电机磁热耦合分析

随着电动汽车对永磁同步电机性能的要求越来越高,进行该类电机的磁热耦合分析尤为必要。以一台40 kW物流车用永磁同步电机为研究对象,根据电机的结构参数在RMxprt中建立了电机的分析模型,利用有限元方法(FEM)分析电机的磁场,并计算电机的损耗。采用磁热耦合分析方法分析电机的温度场。将电机的损耗等效为电机温度场的热源,流固耦合仿真了该电机在额定工况下电机的温度场分布情况,为电机设计提供了重要的理论依据。     

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。     

多股流换热器传递函数系数的理论确定方法

用数值模拟方法对一四股流板翅式换热器分别施加流量、进口温度的阶跃变化，获得其出口温度动态的响应曲线；用理论方法研究了其传染函数的系数，从而得到了四股流换热器的传递函数，并对其结果进行了分析，所得的四股流板翅式换热器的传递函数系数炎其自动控制试验提供了理论依据。     

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。     

矩形微通道内滑移区气体流动换热的数值模拟

在等壁温边界条件下对矩形微细通道速度滑移区的对流换热进行了二维数值模拟、在一阶速度滑移和温度跳跃的边界条件下，计算出了通道内的速度和温度以及压力分布。比较了不同克努森数Kn对于滑移速度和跳跃温度的影响。结果表明，由于气体的稀薄性，压力呈现更加线性化减小的趋势，随着Kn的增加，通道入口与出口处的滑移速度和跳跃温度至现增加的趋势。在通道入口附近，气流速度和温度变化剧烈，而在出口处截面平均流速和温度随加的增加而降低．     

烟熏炉螺旋管换热器换热仿真模型研究

换热器是肉食品热加工的烟熏炉的重要组成部分,一般有螺旋板式与U型2种不同形式。目前根据热加工要求 设计换热器时,结构参数的选择存在一定的盲目性,即换热器的尺寸是否满足要求完全凭经验及依赖事后验证。文中针 对某一类型烟熏炉螺旋管式换热器进行流动传热分析,建立换热器的一圈为基本单元的数值分析模型。借助CFD技 术,分析了不同圈数对出口温度分布的影响。结果显示不同圈数对换热器的温度分布影响较大,且基本单元截面的温度 值与基本单元数量呈二次函数关系。拟合不同圈数下各截面的温度值,得到各基本单元的出口温度与基本单元个数（圈 数）的函数关系。该函数关系能够有效地反映换热器温度降趋势,从而指导具体的换热器设计。     

LNG绕管式换热器管内压降和热传递的数值模拟

针对目前LNG绕管式换热器在设计时存在管内低温传热的不确定性,采用FLUENT软件分析了大螺距螺旋管 在湍流状态下管内的压降和冷却传热特征。研究中分别采用4.8 MPa的气态甲烷和液态甲烷为介质,探讨了螺旋管结 构、雷诺数Re、普朗特数Pr对压降和努塞尔数Nu的影响。结果表明：管径、缠绕直径、Re及Pr对压降和/VM的影响较 大;螺距对传热和压降影响较小,可忽略不计。并将模拟值与Jayakumar等半经验值做对比,结果趋势一致。最后拟合出 适用于LNG低温冷却状态下的Nu公式,为LNG绕管式换热器的工艺计算提供一定的依据。     

板翅式回热器试验与数值模拟研究

选取圆弧截面平直翅片板翅式回热器芯部中间冷热流体各两层作为控制单元体,引进对称面和内部耦合方法建立数学模型,应用Fluent软件对单元体进行三维数值模拟,得出了芯体内部的温度场、流场和压力场.对回热器芯体内部的换热和流动情况进行分析,得出了换热性能准则关系式和阻力性能准则关系式.通过对回热器运用稳态等流量进行传热性能和阻力性能试验,得出了相应的换热和阻力准则关系式,并将数值模拟结果与试验所得结果进行了对比分析.     

窄通道内去离子水的沸腾换热特性实验研究

为了研究矩形窄通道内流动沸腾表面换热系数的影响因素,建立了竖直矩形窄通道流动沸腾传热实验装置,研 究了尺寸为720 mm x250 mm x3.5 mm窄通道内离子水的流动沸腾换热特性。采用单侧壁面加热,改变加热热流密度; 调节恒温水箱温度,改变工质入口温度;以蠕动泵为动力,改变泵的转速,改变工质流量。实验结果表明：入口温度对流 动沸腾表面换热系数基本无影响;流体的紊流度随着质量流量的增加而增加,从而加强了对流换热的强度;在对流沸腾 换热阶段,核态沸腾受抑制,表面换热系数随着加热功率的增大反而降低;在完全对流换热阶段,表面换热系数随着加热 功率的增大基本不变。该研究为更好地设计板式换热器提供了依据。     

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。     

半埋热油管道传热研究

受飓风、暴雨、泥石流等恶劣天气的影响,埋地管道可能局部处于半掩埋状态。目前半埋管道传热计算多采用“线性插值”模型。建立了半埋热油管道的流（空气水）—管—土耦合传热机理模型,并利用数值模拟手段对不同条件下管道的传热特性进行了研究。结果表明,管道的总传热系数、出口温度和土壤蓄热量与管道的相对埋入面积呈明显的非线性关系;线性模型与机理模型的计算结果在趋势与数值方面均具有较大偏差;管道刚好完全掩埋时与完全不掩埋时相比,总传热系数出口温度的差异较大,且管径越大,差异越显著;当环境流体的温度较低时,管道出口温度对相对埋入面积更敏感。