垫条对缠绕管换热器壳侧性能的影响研究 被引量：4

1

作者 文键 童欣 +2 位作者 杨辉著 王斯民 厉彦忠 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期14-20,共7页

目前针对缠绕管换热器的数值模拟研究中,大多为了简化模型而省略了管层间的垫条,造成模拟结果偏离实际情况。通过CFD数值模拟,着重研究了缠绕管换热器中垫条的存在及不同的排布方式和数量对换热器壳侧的流动、传热性能的影响。计算结果... 目前针对缠绕管换热器的数值模拟研究中,大多为了简化模型而省略了管层间的垫条,造成模拟结果偏离实际情况。通过CFD数值模拟,着重研究了缠绕管换热器中垫条的存在及不同的排布方式和数量对换热器壳侧的流动、传热性能的影响。计算结果表明,垫条的存在不仅影响流体轴向流速,并且在径向截面上更易形成涡旋而加强流体扰动。在相同进口工况下,相比无垫条模型,垫条对齐排布时Nu下降了1.6%-2.5%,换热器单位长度压降ΔPl增加了14.5%-17.0%,强化传热性能指标FP减小了5.7%-5.9%;错开排布时Nu上升了17.0%-18.1%,ΔPl增加了38.4%-39.9%,FP增加了13.7%-15.4%。两种垫条排布方式中错开排布能够在更大程度上强化壳侧的湍流,从而强化传热。当垫条数量多于12,依次为13、14、15时,对换热器壳侧的性能影响不大。所做研究为缠绕管换热器的数值模拟提供了新的思路,也为缠绕管换热器的性能优化提供了理论参考。 展开更多

关键词 缠绕管换热器 垫条 湍流强化 压降

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小型LNG装置缠绕管换热器的设计 被引量：7

2

作者 李京瑶 公茂琼 +4 位作者 汤奇雄 孙兆虎 邹鑫 陈高飞 吴剑峰 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S2期108-115,共8页

缠绕管换热器在天然气液化、空气分离、低温甲醇洗等低温领域有广泛的应用。提出一种可用于缠绕管换热器的设计方法,基于该方法采用分段微元法编写了缠绕管换热器设计程序;并运用该程序对已有换热器进行核算,验证了设计方法的可靠性;同... 缠绕管换热器在天然气液化、空气分离、低温甲醇洗等低温领域有广泛的应用。提出一种可用于缠绕管换热器的设计方法,基于该方法采用分段微元法编写了缠绕管换热器设计程序;并运用该程序对已有换热器进行核算,验证了设计方法的可靠性;同时设计了用于小型LNG装置的缠绕管换热器,为工程上设计用于LNG装置的多股流缠绕管式换热器提供参考。 展开更多

关键词 LNG 缠绕管换热器 程序设计

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缠绕管换热器壳侧性能研究进展 被引量：3

3

作者 沃阳 江国和 顾骁勇 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期37-41,55,共6页

近年来缠绕管换热器在LNG气液化领域得到大量使用,文中在缠绕管换热器壳侧性能研究现状的基础上,讨论了几何结构参数对壳侧换热的影响,发现壳侧努塞尔数和压降随管外径缠绕管换热器管外径、层数增加而增大,随管间距与管径比、垫条厚度... 近年来缠绕管换热器在LNG气液化领域得到大量使用,文中在缠绕管换热器壳侧性能研究现状的基础上,讨论了几何结构参数对壳侧换热的影响,发现壳侧努塞尔数和压降随管外径缠绕管换热器管外径、层数增加而增大,随管间距与管径比、垫条厚度增大而减小。阐述了当前缠绕管换热器数值模拟的简化方法,一方面由于缠绕管内部结构比较复杂,整体模型建模计算量大,将模型简化为最小周期性能够极大地减少模拟运算成本,另一方面采用恒壁温边界条件也能够提高计算效率,并且误差在10%以内,总结了改善换热效果的措施。目前FLNG、FSPO平台使用缠绕管换热器较多,分析了海上浮动不同工况对换热的影响。文中旨在当前的研究基础上,预测未来的发展现状,为缠绕管换热器的进一步发展提供一定的借鉴。 展开更多

关键词 缠绕管换热器 壳侧性能 结构参数 数值模拟 简化方法

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基于开槽强化管的缠绕管换热器传热强化研究 被引量：3

4

作者 王斯民 孙利娟 +3 位作者 宋晨 肖娟 张早校 文键 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1337-1343,共7页

为了增强缠绕管式换热器的综合性能,在圆形光滑传热管外开了沿管中心线方向的半圆形凹槽。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟分析,研究这种基于开槽强化管的缠绕管换热器壳侧空气流动、换热及综合性能随凹槽数量和凹槽深度的变化规律。... 为了增强缠绕管式换热器的综合性能,在圆形光滑传热管外开了沿管中心线方向的半圆形凹槽。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟分析,研究这种基于开槽强化管的缠绕管换热器壳侧空气流动、换热及综合性能随凹槽数量和凹槽深度的变化规律。结果表明:当壳侧入口流速一定时,对流换热系数和压降都随凹槽数量增加而增大,且增加趋势逐渐变缓。对流换热系数随凹槽深度的增大先增大后减少,存在峰值;压降随凹槽深度的增大先增大后维持基本不变,而换热器的综合性能评价指标(PEC),随凹槽数量的增加维持基本不变,但与圆形光管相比提高了约4.21%;随凹槽深度的增加,先增大后减小,在0.3 mm深度达到峰值,该值比圆形光管提高了约4.21%。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 半圆形凹槽 凹槽数量 凹槽深度 传热强化

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国产缠绕管式换热器在连续催化重整装置中的应用

5

作者 孙宗伟 李泽 姚立松 《石油炼制与化工》 北大核心 2025年第11期95-99,共5页

以连续催化重整(简称重整)装置国产缠绕管式进料换热器为例,在相同负荷工况下,比较分析其与板壳式换热器的热端温差和管壳程总压差。结果表明,在相同负荷工况下,缠绕管式换热器比板壳式换热器热端温差降低35℃,管壳程总压差降低70 kPa,... 以连续催化重整(简称重整)装置国产缠绕管式进料换热器为例,在相同负荷工况下,比较分析其与板壳式换热器的热端温差和管壳程总压差。结果表明,在相同负荷工况下,缠绕管式换热器比板壳式换热器热端温差降低35℃,管壳程总压差降低70 kPa,装置3.5 MPa蒸汽和燃料气消耗量明显减少,瓦斯消耗量节省约4355 t/a,节省费用约1290万元/a。根据缠绕管式换热器的应用结果,结合国内同类装置相似案例,进一步提出缠绕管式换热器长周期运转策略。 展开更多

关键词 连续催化重整 缠绕管式换热器 热端温差 节能

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不同材料螺旋缠绕管束低温当量换热机理研究

6

作者 张周卫 杨嘉琪 +2 位作者 何铭轩 汪雅红 马娟丽 《低温工程》 北大核心 2025年第4期22-30,共9页

建立了不同材料组合的螺旋缠绕管低温换热系统物理模型、传热计算数学模型及数值模拟模型,针对不同材料组合的螺旋缠绕管束模型,提出了当量系数法并进行了管束模型换热数值模拟研究。构建了不同管束材料组合的螺旋缠绕管束实验模型并对... 建立了不同材料组合的螺旋缠绕管低温换热系统物理模型、传热计算数学模型及数值模拟模型,针对不同材料组合的螺旋缠绕管束模型,提出了当量系数法并进行了管束模型换热数值模拟研究。构建了不同管束材料组合的螺旋缠绕管束实验模型并对管束理论模型及数值模型进行了实验验证。研究表明:当量系数法可用于解决不同材料螺旋缠绕管束的总传热系数和换热量计算的难题,为不同材料组合的管束设计提供理论计算依据及工程设计方法。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 当量换热机理 不同材料螺旋管束

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缠绕管式换热器结构参数多目标优化数值模拟研究 被引量：15

7

作者 王斯民 简冠平 +2 位作者 肖娟 王家瑞 文键 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期9-15,共7页

为分析缠绕管式换热器关键几何结构对其流动和传热性能的影响,采用多目标遗传优化算法对壳侧的流动和传热特性进行了数值模拟研究,并对通过中心复合设计得出的实验点进行了计算。研究结果表明:缠绕管式换热器的壳侧压降随着层间距、缠... 为分析缠绕管式换热器关键几何结构对其流动和传热性能的影响,采用多目标遗传优化算法对壳侧的流动和传热特性进行了数值模拟研究,并对通过中心复合设计得出的实验点进行了计算。研究结果表明:缠绕管式换热器的壳侧压降随着层间距、缠绕角、同层管间距的增大而减小;壳侧换热系数随着层间距的增大而减小,随着管外径的增大而增大,随着螺旋角的增大先增大后减小。通过敏感度分析可知:螺旋角和层间距对缠绕管式换热器的流动和传热性能影响最大,在计算工况下,层间距对压降和换热系数都呈负相关;螺旋角与压降呈负相关,与换热系数呈正相关。同时,应用多目标遗传算法在连续响应面的基础上对原结构进行优化,得到3组优化结果,换热系数平均增加了2.93%,压降平均降低了40.27%,综合传热性能均好于原结构。该研究成果可为缠绕管式换热器的优化设计提供理论基础。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 结构参数 多目标优化 数值模拟

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LNG缠绕管式换热器试验研究中的热物性计算方法 被引量：15

8

作者 陈永东 吴晓红 周兵 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期92-97,131-132,共6页

在基本负荷型的LNG工厂中,多股流缠绕管式换热器是应用最广泛的主低温换热器,多组分介质在管程和壳程的传热与流动特性是主低温换热器试验研究的关键,而混合介质的热物性(密度、动力黏度、导热系数、比热容)对试验研究的影响较大。为此... 在基本负荷型的LNG工厂中,多股流缠绕管式换热器是应用最广泛的主低温换热器,多组分介质在管程和壳程的传热与流动特性是主低温换热器试验研究的关键,而混合介质的热物性(密度、动力黏度、导热系数、比热容)对试验研究的影响较大。为此,在考虑了压力对气态混合物热物性计算影响的情况下,对气态和液态混合介质的4种基本热物性的计算方法进行了提炼、集成,并将计算结果与HYSYS的计算结果进行了比较,结果表明:相关的热物性计算方法是可行的,计算误差均控制在工程允许范围内。该计算方法为国内开发大型冷塔提供了技术支撑,有助于早日实现LNG缠绕管式换热器冷塔的国产化。 展开更多

关键词 LNG 主低温换热器 缠绕管式换热器 传热 流动特性 混合介质 热物性 计算方法

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氢回收装置缠绕管式换热器设计计算研究 被引量：5

9

作者 李清海 杨瑞昌 +1 位作者 施德强 尹接喜 《化学工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第6期15-18,共4页

研究了合成氨氢回收装置缠绕管式换热器的热力设计计算方法 ,探讨了换热器中并管传热模型、含氢多组分混合物汽液平衡、物性参数以及冷凝和蒸发等传热计算问题。

关键词 缠绕管式换热器 并管 氢回收装置 汽液平衡 设计

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大型多股流缠绕管式换热器的制造 被引量：16

10

作者 都跃良 陈永东 +2 位作者 张贤安 王健良 陈斌 《压力容器》 2004年第6期26-29,共4页

多股流缠绕管式换热器是化肥装置中的关键设备 ,其国产化一直是我国机械制造业的一个目标。本文介绍了循环甲醇冷却器 (15E6 )的国产化研究情况 ,包括传热工艺、设计标准、主材选择、焊接工艺。

关键词 多股流 缠绕管式换热器 国产化

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缠绕管式换热器的研究与开发 被引量：14

11

作者 张周卫 薛佳幸 +1 位作者 汪雅红 李跃 《机械设计与制造》 北大核心 2015年第9期12-17,共6页

提出一种适用于逆流型缠绕管式换热器的换热工艺计算方法;应用数值模拟方法确定缠绕管束基本物理参数;通过控制进口流体速度的变化按照单股流缠绕管式换热器计算流程进行编程迭代计算;对比分析计算数据并建立低温缠绕管式换热器管束模... 提出一种适用于逆流型缠绕管式换热器的换热工艺计算方法;应用数值模拟方法确定缠绕管束基本物理参数;通过控制进口流体速度的变化按照单股流缠绕管式换热器计算流程进行编程迭代计算;对比分析计算数据并建立低温缠绕管式换热器管束模型。研究表明:引入数值模拟方法可简化缠绕管式换热器管束的缠绕工艺过程的计算并获得换热器结构总体设计参数;可应用于建模过程并将所建模型及相应三维物理模型应用于传热工艺计算过程;可通过编程计算改变流速等参数并优化整体设计计算过程。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 管束数值模拟 缠绕结构 三维数值模型

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直插式垫条型缠绕管式换热器过程强化 被引量：3

12

作者 王斯民 段旭东 文键 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期6613-6619,共7页

为增强缠绕管式换热器的综合换热性能,本文提出一种沿径向安装于缠绕管式换热器芯筒内壁上的直插式垫条型内插件。通过数值模拟的手段,研究了直插式垫条型缠绕管式换热器的流动与换热性能。相比于传统结构,直插式垫条在固定管束相对位... 为增强缠绕管式换热器的综合换热性能,本文提出一种沿径向安装于缠绕管式换热器芯筒内壁上的直插式垫条型内插件。通过数值模拟的手段,研究了直插式垫条型缠绕管式换热器的流动与换热性能。相比于传统结构,直插式垫条在固定管束相对位置的同时也可作为涡发生器,影响管束形成的尾流场,对管束边界层产生持续的扰动,增强缠绕管式换热器的综合换热性能。计算结果表明,在相同的进口工况下,直插式垫条型缠绕管式换热器壳侧努塞尔数相比于传统结构提高了13.01%~15.55%,压降升高了1.3%~4.3%,综合换热性能可提高7.4%~10.5%。并在此基础上研究了直插式垫条不同的排布方式对流动及换热性能的影响,在雷诺数5000~24000的工况条件下,直插式垫条对齐排方式的综合换热性能最优;在雷诺数24000~30000的工况条件下,直插式垫条交错排布的综合换热性能最优。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 垫条 数值模拟 湍流强化 排列形式

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煤化工大型缠绕管式换热器的设计与制造 被引量：28

13

作者 陈永东 张贤安 《压力容器》 2015年第1期36-44,共9页

大型缠绕管式换热器不仅具有较好的传热性能,还同时具有对装置变负荷的适应性和运行可靠的操作特性,在我国煤炭深加工、炼油、天然气等领域的应用呈现出良好的发展前景。从煤化工大型多股流缠绕管式换热器出发,对缠绕管式换热器设计和... 大型缠绕管式换热器不仅具有较好的传热性能,还同时具有对装置变负荷的适应性和运行可靠的操作特性,在我国煤炭深加工、炼油、天然气等领域的应用呈现出良好的发展前景。从煤化工大型多股流缠绕管式换热器出发,对缠绕管式换热器设计和制造的技术难点进行分析。在多股流缠绕管式换热器方面,论述了管板的不同结构形式、管板设计计算的特殊性、各管程在同一壳体内的协调性、组合式大型原料气冷却器等内容;同时对管束与管板之间的引出结构进行了讨论;结合奥氏体不锈钢材料的应变时效分析结果,给出了缠绕过程换热管正常变形率的范围;对大型缠绕管式换热器管子与管板焊接接头的射线检测,给出了可以参考的操作准则。我国已能生产换热面积超过10000 m2的大型缠绕管式换热器,在设计和制造方面积累了很多的经验,但是在缠绕管式换热器材料的多样性、大型主低温换热器的工艺设计、数值模拟技术在设计上的应用以及换热管与管板连接质量检测的量化技术等方面,我国和欧美先进国家还有一定的差距。 展开更多

关键词 煤化工 缠绕管式换热器 多股流 结构 设计 制造 技术

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LNG系列缠绕管式换热器的研究与开发 被引量：12

14

作者 张周卫 薛佳幸 +1 位作者 汪雅红 李跃 《石油机械》 2015年第4期118-123,共6页

针对石油化工领域内的LNG系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述,举例说明一级制冷四股流缠绕管式换热器、二级制冷三股流缠绕管式换热器、三级制冷两股流缠绕管式换热器及混合制冷剂多股流主缠绕管式换热器等多股流、多相流... 针对石油化工领域内的LNG系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述,举例说明一级制冷四股流缠绕管式换热器、二级制冷三股流缠绕管式换热器、三级制冷两股流缠绕管式换热器及混合制冷剂多股流主缠绕管式换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用LNG缠绕管式换热设备的基本设计方法及内部多股流换热工艺流程,对不同制冷剂及不同用途的LNG缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及工作原理等进行阐述。最后展望了LNG系列缠绕管式换热器的重要研究方向及需要进一步解决的关键科学问题。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 液化天然气 多股流 多相流 混合制冷剂 螺旋管束

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双股流低温缠绕管式换热器设计计算方法 被引量：9

15

作者 张周卫 薛佳幸 汪雅红 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期17-23,27,共8页

提出一种适用于双股流逆流型缠绕管式换热器的换热工艺计算方法,应用数值模拟方法确定双股流缠绕管束基本物理参数。按照双股流甲醇-甲醇缠绕管式换热器计算流程进行编程迭代计算,对比分析计算数据并建立双股流低温缠绕管式换热器管束... 提出一种适用于双股流逆流型缠绕管式换热器的换热工艺计算方法,应用数值模拟方法确定双股流缠绕管束基本物理参数。按照双股流甲醇-甲醇缠绕管式换热器计算流程进行编程迭代计算,对比分析计算数据并建立双股流低温缠绕管式换热器管束模型。研究表明:引入数值模拟方法可简化双股流缠绕管式换热器管束的缠绕工艺,获得双股流缠绕管式换热器结构总体设计参数并应用于建模过程。将所建模型及相应三维物理模型应用于传热工艺计算过程,可通过编程计算并优化双股流换热整体设计计算过程。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 管束数值模拟 缠绕结构 三维数值模型

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低温液氮用系列缠绕管式换热器的研究与开发 被引量：6

16

作者 张周卫 李跃 +1 位作者 汪雅红 薛佳幸 《石油机械》 2015年第6期117-122,共6页

论述了低温制冷领域内的低温液氮用系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展。举例说明一级回热三股流换热器、二级回热四股流换热器、三级回热五股流换热器以及多股流回热主换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用低温液氮缠绕管... 论述了低温制冷领域内的低温液氮用系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展。举例说明一级回热三股流换热器、二级回热四股流换热器、三级回热五股流换热器以及多股流回热主换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用低温液氮缠绕管式换热设备的基本设计方法及内部多股流换热工艺流程,阐述了不同制冷剂及不同用途的低温液氮用缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及工作原理。最后展望了低温液氮系列缠绕管式换热器的重要研究方向及需要进一步解决的关键科学问题。研究内容可为低温液氮领域内缠绕管式换热器的设计计算提供参考。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 低温液氮 合成气 净化气 展望

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缠绕管式换热器的传热研究进展 被引量：5

17

作者 钟天明 陈嘉澍 +2 位作者 丁力行 刘少达 林昭境 《天然气化工—C1化学与化工》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期120-127,共8页

缠绕管式换热器是一种高效的换热器,对其传热特性的研究正越来越深入。由于螺旋状换热管以及管外不规则的流域,使得换热器的传热过程十分复杂。本文总结了缠绕管式换热器的加工方法、强化传热的方式,概述了近年缠绕管式换热器壳程以及... 缠绕管式换热器是一种高效的换热器,对其传热特性的研究正越来越深入。由于螺旋状换热管以及管外不规则的流域,使得换热器的传热过程十分复杂。本文总结了缠绕管式换热器的加工方法、强化传热的方式,概述了近年缠绕管式换热器壳程以及管程传热模型的研究进展,并对其中代表性的传热模型进行同工况计算和分析。此外,还介绍了缠绕管式换热器的新型结构。最后,指出当前缠绕管式换热器传热研究中存在的问题和未来需关注的方向。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 强化传热 传热模型 新型结构

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缠绕管式换热器全模型研究 被引量：6

18

作者 李佳旭 怀英 +1 位作者 刘婷婷 刘应春 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期4820-4828,共9页

缠绕管式换热器由于结构紧凑、换热效率高,在化工领域有广泛的应用,但其复杂性也为研究带来困难。利用mixture模型和相变模型构建了全三维尺度下的数值方法,实现了缠绕管式换热器壳程和管程流动、传热过程的计算。搭建了米级换热器实验... 缠绕管式换热器由于结构紧凑、换热效率高,在化工领域有广泛的应用,但其复杂性也为研究带来困难。利用mixture模型和相变模型构建了全三维尺度下的数值方法,实现了缠绕管式换热器壳程和管程流动、传热过程的计算。搭建了米级换热器实验及测试平台,建立了相应的全三维、同尺寸数值模型;采用Lee相间传质模型,实现了蒸发-冷凝模拟,获得换热器器件尺度传热系数和相变总量。计算的传热系数与实验测量值的相对误差为4.98%。基于所构建的全模型,数值研究了操作条件对传热特性和相变的影响,分析了换热段长度和缠绕管层数对传热性能的影响,为缠绕管式换热器的设计开发提供了数据和平台支持。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 整体几何模型 相变 传热 数值模拟

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缠绕管式换热器壳程高黏度流体流动及换热性能强化研究 被引量：2

19

作者 段旭东 文键 王斯民 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期639-646,共8页

为解决高黏度介质在缠绕管式换热器等紧凑型换热器中换热效率较低的问题,提出了一种新型扰流元件,流体在壳程管束间的流动形式为多圆柱扰流,此扰流元件可影响管束形成的尾流场,改变流体在壳程的流动形态,进而增强高黏度流体的综合换热... 为解决高黏度介质在缠绕管式换热器等紧凑型换热器中换热效率较低的问题,提出了一种新型扰流元件,流体在壳程管束间的流动形式为多圆柱扰流,此扰流元件可影响管束形成的尾流场,改变流体在壳程的流动形态,进而增强高黏度流体的综合换热性能。通过数值模拟方法计算得到新型结构壳侧努塞尔数相比于传统结构可提高5.1%~8.4%,摩擦因子升高1.3%~3.3%,综合换热性能可提高4.6%~5.2%,并进一步研究了扰流元件各结构对目标参数的影响。以上研究对改善高黏度介质在缠绕管换热器内的流动及换热性能提供理论依据,拓宽了紧凑式换热器的应用范围,使得高黏度介质在紧凑式换热器中同样可以达到理想的换热效果。 展开更多

关键词 缠绕管式换热器 高黏性流体 强化传热 涡流

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高效缠绕管式换热器的节能分析与工业应用 被引量：40

20

作者 张贤安 《压力容器》 北大核心 2008年第5期54-57,20,共5页

介绍了缠绕管式换热器的节能原理,利用工业应用实例对缠绕管式换热器的节能进行了分析,并根据工业实际情况,提出了采用缠绕管式换热器,可使工艺流程简洁、操作条件优化、大幅度降低能耗的观点。

关键词 缠绕管式换热器 节能 工业应用

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