刘彩霞[1]2013年在《外表面污垢对矿用空冷器换热性能影响的研究》文中研究表明随着矿井开采深度的增加和机械化程度的不断提高，矿井热害日益突出。矿井高温高湿环境严重危害井下工作人员的身体健康和安全，影响工作效率，已成为制约矿井安全开采的重大问题之一。因此，深入开展深井热害防治对于保障我国深部煤炭资源安全、高效的开采具有重大的理论与现实意义。矿用空冷器是矿井降温系统的末端设备，为降低矿井工作面温度提供保障，其性能好坏直接影响降温效果，所以，矿用空冷器一直被业界作为重点研究对象。矿用空冷器在使用过程中，矿尘易沉积在其表面，高湿也会导致其表面结露而粘附更多的颗粒，从而形成污垢，既而影响其换热效率，影响降温效果。本文主要研究矿用空冷器的外表面污垢对其换热的影响。本文从理论上分析了矿用空冷器外表面污垢的形成及其对空冷器换热性能的影响。以某煤矿深井降温系统为原型，研究了矿用空冷器外表面污垢的厚度和污垢热导率对空冷器换热性能的影响，得到空冷器总传热系数随污垢厚度的增加而减小；污垢热导率不同时，污垢对其的影响不同，污垢对总传热系数的影响随着污垢热导率的增大而减弱；当取煤灰的热导率为1.93W/（m·K）时，空冷器的总传热系数基本不变，污垢的影响可忽略。本文利用Gambit建立了空冷器的简化三维模型，利用FLUENT软件模拟研究了不同污垢厚度和污垢热导率对矿用空冷器换热效果的影响，通过模拟计算得到空冷器出口空气平均温度随污垢厚度的增加而升高，即换热效果减弱；污垢热导率越大，污垢对空冷器换热性能的影响越小，当取煤灰的热导率为1.93W/（m·K）时，污垢对空冷器换热性能的影响较小，可以忽略。通过对模拟计算结果与实测数据的对比，验证了模型的相对正确性。利用验证的模型模拟计算得到了实际工况下不同污染程度时经矿井降温设备处理后的空气平均温度值，预测降温系统在实际运行的过程中，污垢的存在将直接减弱空冷器的换热，降温效果减弱，且随着污垢厚度的增加而恶化，矿井环境温度将达不到设计要求。同样的运行条件下，空冷器外表面污垢厚度每增加0.1mm，矿井环境温度升高约0.3~0.4℃。利用所建模型，考虑污垢的影响，对运行参数风流流速和空冷器结构参数横向管间距进行了优化，得到了污垢对矿用空冷器换热的影响随风流流速的降低而减弱，即在满足降温所需风量要求的情况下，选择较低的风速可以减弱污垢的影响，和St/do=1.5（St为横向管间距，do为管外径）时污垢的影响较弱，以减弱污垢对矿用空冷器换热性能的影响。总结了目前换热器的常用污垢防治技术，在此基础上提出了针对矿用空冷器的污垢防治对策。
李安军[2]2008年在《表面蒸发式空冷器流体诱导振动强化传热的研究》文中进行了进一步梳理表面蒸发式空冷器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备,与其它换热器相比有很多优点,是空冷技术发展的新方向。应用流体诱导振动强化传热技术能够提高该设备的传热性能,而这一设备作为换热设备的一种,传统的传热直管结构的振动不能够被利用,只能够去防止。本课题提出把换热直管改为二维蛇形管结构,文中对它及直管形换热结构进行了研究。首先介绍了流体诱导振动的机理,对传统的换热器的传热直管进行了非线性振动分析,分析结果显示传统消除振动的方法是增加刚性K_e的值,这并不能有效的解决流体诱导振动这一难题,因此这里采用减小刚性减小传热元件固有频率的结构,即采用二维蛇形管。介绍了强化传热的强化的途径和方式,分析了振动强化传热机理。强化传热的方式有很多种,振动强化是其中之一,流体诱导振动强化传热属于有源强化传热技术,对这门技术的应用,无论在国内还是在国外都处于起步阶段;利用传热学基本原理分析了表面蒸发式空冷器的传热过程,传热计算的过程、内容和基本公式。用ANSYS软件数值模拟了二维蛇形管和传热直管的振动情况,得出前十阶振型图,模型Ⅰ的固有频率范围为23.347～958.55Hz,频率在较低的范围内;模型Ⅱ的固有频率在287.67～11225Hz之间,频率值较高,且跨度较大,可见初始条件相同的条件下二维蛇形管的固有频率更低、振幅更小,这说明它更易于振动,振动不是十分激烈,有益于传热性能的提高。最后,设计一台表面蒸发式空冷器模型,通过物理实验研究蛇形传热管的传热性能,分析实验结果,计算传热系数;同时,对鞍钢炼铁厂高炉工作区采用的表面蒸发式空冷器的传热系数进行计算,并加以比较,结果显示实验模型的传热系数要高于鞍钢应用的这台设备。
刘文倩[3]2016年在《基于逆流式露点间接蒸发的空冷器热工性能的数值模拟研究》文中研究说明近年来,蒸发冷却空调技术的研究与应用在我国已经取得了很大的发展。尤其在我国的中西部干燥地区,已经有不少基于蒸发冷却技术(Evaporative Cooling Technology,ECT)空调工程的成功案例。然而,传统的ECT所采用的驱动势为空气的干、湿球温度差,其缺点是送风的温降十分有限,导致送风道的尺寸过大,其普及应用受到限制。尽管通过多级直接或间接蒸发冷却方式可使送风温度低于湿球温度,但是这样的系统形式存在冷却效率不高和结构过于复杂的问题。针对上述存在的问题,本文提出了一种逆流式间接蒸发空调方式(Counter Flow Indirect Evaporative Air-conditioning Pattern,CFIEACP),其驱动势为空气干球温度与露点温度之差。基于CFIEACP的空调系统,可显著地降低送风温度并减小送风道的尺寸,且工艺过程易于实现,适用于我国中西部干燥地区和湿度偏高的中部以及东部地区的夏季空调工况。本文的主要研究内容如下:1.基于蒸发冷却机理和CFIEACP,建立了相应的逆流式露点间接蒸发空冷器(Counter Flow Dew-point Indirect Evaporative Air Cooler,CFDIEAC)的热湿交换模型,并且结合焓湿图,对其工作机理进行研究和分析。2.基于CFDIEAC的热湿交换模型,对CFDIEAC的各个组成环节进行机理分析,且与传统ECT的单级、多级直接或间接蒸发空气冷却器进行了比较。3.借助CFD(Computational Fluid Dynamics)软件,对建立的CFDIEAC热湿交换模型进行热力学仿真,验证其在理论上是可行的。此外,数值模拟CFDIEAC的关键结构和运行参数变化,对其热工性能,如送风温度、湿球效率和露点效率的影响。4.对于某个楼宇的夏季空调需求,将CFDIEAC作为直流式(全新风)空调系统的冷源。通过费用年值法,将基于CFDIEAC的直流式空调系统与传统的回风空调系统进行经济性与节能性分析。结果表明,前者优于后者,节能降耗效果显著。
曾远航[4]2016年在《水膜蒸发空冷器传热传质仿真及实验研究》文中提出水膜蒸发空冷器具有传热高效、节能、节水的特点,其管外传热传质系数一直是研究热点,涉及蒸发传质的数值仿真亦是需要解决的难题。本文在水膜蒸发空冷实验台上进行了30组(5种风速×6种管程数)实验。通过测量管外空气的温度、湿度和流动压降,以及测量热水温度分布,得到了工况改变对水膜与空气传热传质的影响,算出了空冷器内各管排局部传热系数,分析了流体沿流动方向传热系数的变化规律。以水膜蒸发空冷器物理模型为基础,建立了蒸发空冷器传热传质数学模型,基于Visual Studio 2010软件编写了水膜蒸发空冷器仿真程序。将实验得到的传热传质系数代入模型计算,并与实验对比,验证了数学模型的正确性。仿真计算可反映并预测空冷器结构改变对传热性能的影响,为水膜蒸发空冷器的优化设计提供仿真依据。实验表明:随总管程数增加,空冷器各管程平均传热系数先增大后减小;空冷器管程数较多时,中间的管程出现了明显的低效区;入口空气分布不均使末尾管程放热量最小;各管排平均壁水传热系数沿水膜流动方向先增大后减小;水风对流传热系数在末尾管程最大;水风传质系数在第一管程最大,中部管程变化平缓,末尾管程最小。理论分析并经实验修正得到沿换热管环向角的传热系数关联式,进而得到空冷器管束传热系数场。仿真计算表明:水膜流动时,各管排的水膜温度沿管子环向角先升高后降低,但管程数较多时,后一半管排的水膜温度基本呈单调下降趋势。管程数较少时,水膜整体温度变化幅度更小;总管排数相同时,多管程管束的传热效果优于单管程的传热效果;在累计管长和管排数相同的条件下,窄长管束的传热效果优于宽短管束的传热效果。
张新月, 张登春, 韩巧云, 陈亚洲[5]2016年在《深井热湿环境下矿用空冷器传热性能》文中进行了进一步梳理通过实验设备模拟了矿用空冷器在某工况下的工作性能并计算出其工作效率;通过Gambit软件建立了该空冷器热湿传递的物理模型,运用Fluent软件对其进行了数值模拟.改变空气进口温度和速度,得出不同工况下空气的出口温度及空冷器的效率值,结果表明:当风速一定时,空冷器出口温度随空气进口温度的升高而相应升高,且出口温度变化梯度小于进口温度变化梯度,空冷器效率有较明显的增加;当空气进口温度一定时,风速的增加使得空气出口温度小幅增加,空冷器效率有所下降.
张广耀[6]2013年在《小型天然气液化中低温换热装置设计及性能研究》文中进行了进一步梳理天然气以其高效、清洁的特点，已成为21世纪的主要能源之一，并且其消耗量呈现日益增大的趋势。而小型液化天然气装置以体积小、可撬装、机动运输、开停方便等特点，可实现对分散的小型天然气气田进行开采，提高我国能源开发利用度，降低对外依存度，具有重要价值。本文针对这一装置及其关键技术展开研究，主要内容如下：1、调研了国内外小型天然气液化流程及装置研究进展，选择了空气膨胀式天然气液化流程作为本文的研究对象。2、通过对小型膨胀式天然气液化流程的热力学分析，找到了流程中不可逆损失的主要环节和可以改善的空间，并通过对流程中的回热器进行优化，使系统的性能得到提高。通过进一步的热力学分析及窄点分析，考虑改进液化流程的结构，使得改进流程的液化率达到100%，且比功耗相对降低。本文同时考虑换热器压降，对系统性能进行优化，得到了较优的结果。3、以天然气液化系统优化结果为依据，进行低温换热器的设计。通过定性和定量的对比分析，选择板翅式换热器为小型撬装式天然气液化流程低温换热器。应用换热器设计软件Aspen MUSE对流程中的低温换热器进行初步设计，确定换热器的基本结构。在此基础上，应用粒子群优化算法对MUSE软件设计出的换热器芯体，以体积和质量为优化目标进行优化，分别得到了体积和质量最优的换热器芯体。以质量最优的换热器结构参数为基础，进行了换热器分配结构设计。最终针对低温换热器保温绝热的要求，对冷箱整体进行了设计，以满足撬装化的要求。4、针对天然气液化装置撬装化的要求，选择板翅式换热器作为压缩机空冷器。应用MUSE软件针对不同流量的空气进行设计分析，以确定最佳的空气流量。在最佳空气流量情况下，确定了换热器的翅片参数和整体尺寸。并根据空气流量和压降要求，确定了风机的型号。
申微波[7]2008年在《直接空冷器空气侧传热和流动的数值模拟》文中研究指明随着人口增加、环境变化和工业的增量发展,水资源越来越短缺,价格也开始上涨,火力发电企业作为用水大户,从上世界30年代末开始把冷却能力比水小得多,但更廉价、无处不在的空气作为一次冷却介质,这就是直接空冷技术。由于其具有经济、环保、换热性能好等优点,所以在空冷电站系统中得到了越来越广泛的应用。翅片作为构成系统冷凝器换热面的基本单元,其表面流通性能对冷凝器性能起决定性作用。在以前的数值模拟中,往往是对单个或几个翅片进行研究,忽略了翅片间的相互影响。另外,作为第三代的单排扁管蛇型翅片散热器提出后,其与第二代的双排椭圆管矩形翅片散热器间的比较研究一直做的比较少。本文对整管扁管蛇型翅片散热器空气侧的流场进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比分析,研究了迎面风速、环境温度、翅片厚度和翅片间距对换热和流动的影响。结果表明,换热和流动阻力均随着迎面风速的增大而显著增大。环境温度对散热器的换热和阻力性能影响不大,但对换热量影响极大。在同一翅片间距下,翅片厚度增加,换热和流动阻力均增加。对应于一定的迎面风速,翅片间距存在最佳值,并给出了这个最佳值。本文还模拟了单排椭圆管矩形翅片散热器空气侧的换热和流动,分析了翅片间距对单排椭圆管矩形翅片的影响,结论与扁管翅片散热器相似。研究了双排矩形翅片椭圆管间的相互影响,发现双排管的存在,主要的影响是使第二排管的换热量减小。最后,比较了GEA公司的单排扁管蛇型翅片散热器和双排椭圆管矩形翅片散热器的换热和流动性能,发现后者的换热能力较强,而前者的流动阻力较小。并运用场协同原理对其进行了理论分析,结果表明,后者的整场协同性比前者要好。
常立家[8]2000年在《空冷器性能的数值模拟》文中研究指明本文的研究对象是大连冰山集团生产的一个DL12-2.2／18型号空冷器的翅片管式蒸发器，翅片管内侧为制冷工质R-22，外侧为经轴流风机强制循环流动的空气。 本文从动态分布参数入手对其在结霜工况下的动态特性进行模拟，综合考虑了空气、霜和管内冷剂流动，以汽液两相流动和传热理论为基础，从三大守衡方程出发，对制冷剂R22建立了较为全面，精确的模型方程，对从两相区经干涸区到过热区的流动和传热过程进行了分析研究，流型转换采用临界干度关系式Xcr，由Xcr的具体计算值来确定流动区域，避免了人为假定，对制冷剂分别用均相和分相两种方法进行计算，用来阐明均相和分相模型的差异及其对结果的影响。在分相计算中又给出了滑动比模型和通用漂移模型。对于结霜的模拟则以霜的多孔模型为研究要点，参考Kondepndi和O'Neal的霜模型、通过扩散方程和能量传递方程来模拟水蒸汽的传质和沉积结霜过程。 在建模的同时，但用实验来了解蒸发器的结霜和空气的流动变化情况，把空冷器置于冷库中，分为加湿和不加湿两种工况，并选取不同的蒸发温度对蒸发器换热性能和风阻进行了测试工作，并把得到的实验结果与模型计算结果进行了对比和分析，验证了蒸发器动分布态参数模型的正确性和可行性。
张锋, 赵志卫, 刘碧媛, 孙成, 张赟新[9]2017年在《储气库天然气压缩机用空冷器换热特性模拟研究》文中研究说明针对国内某大型天然气储气库站场空冷器换热效率低的问题,为找出引起空冷器换热性能变差的原因,对空冷器改造提供理论依据。以实际工程为原型,建立空冷器单元整体三维模型,模拟分析了空冷器进出口消声措施、换热器旁回流区域、换热器表面积灰及不同环境温度下对空冷器内流场及温度场的影响。研究结果表明:进出口消声措施和换热器旁回流区域对空冷器单元阻力损失影响较小,分别引起冷却空气流量降低约1%和1.26%;换热器翅片管束外积灰对空冷器换热影响较大,积灰厚度从0.1mm增厚0.5mm时,冷却空气流量减小27.55%,大幅降低了空冷器换热能力;运行现场环境温度从-30℃(冬季最低温度)上升至50℃时(夏季最高温度),冷却空气质量流量降低17.94%。根据研究结论,清洗翅片管积灰和更换大流量风扇是改善该空冷器换热效果的主要措施,现场改造后空冷器换热有明显改善,机组出口温度可以满足要求。
张绍林[10]2012年在《紧凑式空冷器的传热数值模拟及热力学研究》文中研究表明紧凑式空冷器作为板翅式换热器的一种，其翅片的表面流动传热性能对紧凑式空冷器的性能起决定性作用，本文对紧凑式空冷器主要是基于翅片层面的研究。平直翅片与隔板焊接后的结构相当于在隔板上加装了多个矩形直肋，本文对其进行最小熵产化研究。根据已有的经典公式和经验公式，进行整合、推导和完善，得到计算平直翅片的最小熵产数所需的全部公式并确定变量的取值范围。用MATLAB进行计算，得到了层流和湍流状态下肋片的最小熵产数N_S与肋长对应的雷诺数Re_L的关系曲线，并且尝试着分析了最优肋高对应的雷诺数Re_(b,opt)随肋长的雷诺数Re_L的变化趋势，得到一些结论。再变换两个复合变量M、B，计算并绘制出新的关系曲线，讨论变量M、B对最小熵产数的影响。层流时，最小熵产数N_S随着Re_L的增大先减小而后保持不变，湍流时，N_S随着Re_L的增大而增大得非常迅速；不管是层流还是湍流，最小熵产数N_S都会随着M、B的增大而增大；Re_(b,opt)会随着Re_L的增大而变化最后保持不变，且湍流时的Re_(b,opt)值远小于层流时的值。本文对物理模型进行了简化，选取了冷空气侧一个具有对称性的单元进行研究。采用前处理软件Gambit建模并划分网格，Fluent软件进行数值模拟，分析了迎面风速、翅片高度和翅片间距对翅片流道的对流换热特性和流动特性的影响。空气沿流动方向温度逐渐升高、速度逐渐增大、产生压力降且表面对流换热系数h逐渐减小。迎面风速较大时，各截面空气温度较低，稳定的层流边界层形成较晚，有利于传热，表面对流换热系数h和压力降P均较大；翅片高度较低时，对换热的影响相对较小，各截面的空气温度略高、速度略小，h和P均较小；翅片间距较小时，各截面的空气温度高得比较多，边界层较薄，有利于传热。
参考文献：
[1]. 外表面污垢对矿用空冷器换热性能影响的研究[D]. 刘彩霞. 湖南科技大学. 2013
[2]. 表面蒸发式空冷器流体诱导振动强化传热的研究[D]. 李安军. 辽宁科技大学. 2008
[3]. 基于逆流式露点间接蒸发的空冷器热工性能的数值模拟研究[D]. 刘文倩. 兰州理工大学. 2016
[4]. 水膜蒸发空冷器传热传质仿真及实验研究[D]. 曾远航. 华中科技大学. 2016
[5]. 深井热湿环境下矿用空冷器传热性能[J]. 张新月, 张登春, 韩巧云, 陈亚洲. 矿业工程研究. 2016
[6]. 小型天然气液化中低温换热装置设计及性能研究[D]. 张广耀. 北京工业大学. 2013
[7]. 直接空冷器空气侧传热和流动的数值模拟[D]. 申微波. 华中科技大学. 2008
[8]. 空冷器性能的数值模拟[D]. 常立家. 大连海事大学. 2000
[9]. 储气库天然气压缩机用空冷器换热特性模拟研究[J]. 张锋, 赵志卫, 刘碧媛, 孙成, 张赟新. 压缩机技术. 2017
[10]. 紧凑式空冷器的传热数值模拟及热力学研究[D]. 张绍林. 华中科技大学. 2012
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