板式热交换器高粘性流体传热与流动模拟研究
板式换热器传热与流动分析
Internal Combustion Engine &Parts0引言随着经济的发展和人民物质生活提高，使得资源不断地减少，新能源的利用成为了必须。
能够合理且有效的对新能源的利用是如今较为热门话题，提高能源的利用率也是当今科学研究者较为关注的热点问题。
板式换热器是一种较为常见的工业设备，板式换热器是众多板式换热器中的一种，由于其传热系数高、适应性大、结构紧凑、易拆洗和维修、污垢系数小等优点，被广泛的应用于化工、食品、制冷、空调等工业领域[1]。
本文主要是对板式换热器的流动与传热进行分析，使读者更加容易的了解流体在流道内的流动特性及板式换热器的传热机理。
1板式换热器的结构特点与换热原理通常情况下，板式换热器主要是由活动板、立柱、固定板、热板片、密封垫片、加紧螺栓等重要部件组成[2]，板式换热器的总体结构图如图1所示。
从图中可以看出，为了放置板式换热器内部液体的外渗和换热液体的互漏，在换热板片的四个角上留有4个孔并密封垫片。
一旦开始加紧螺栓，多个换热板片就会密封衔接。
此时各个板片角孔之间互通，就形成了流体通道，如此液体即可在各个通道内流动，从而形成热交换。
压紧板分为两种，分别是活动压紧板、固定压紧板，通过将压紧板和夹紧螺栓一起能够起到固定垫圈的作用，将板式换热器的密封力增强，从而有效地避免了板式换热器内部流体的外渗。
换热板片是板式换热器中重要部件，目前应用最为广泛的有两种，分别是水平直线波纹状金属板片和人字形波纹状金属板片，通过金属板的压制，可将热板片分割成波纹区和导流区，形成板片后，通过螺栓紧固压紧板、固定板、支柱等部件，即可形成整个板式换热器模型。
在板片与板片之间实现液体的流动，冷热两流体沿着流道错开流动，冷热两流体之间的板片即为换热片。
板式换热器内部采用的间壁式传热方式实现流体在其内部的流动传热，采用冷热通道内液体通过中间波纹板耦合换热为一个换热单元进行分析[3]，整个板式板式换热器的换热过程可以分为3步。
高黏度流体下折流板结构对管壳式换热器传热综合性能的影响
第53卷第4期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 4 2024年4月 Liaoning Chemical Industry April，2024基金项目： 江汉大学校级科研项目（NO. 2021yb015）。
收稿日期： 2023-03-09高黏度流体下折流板结构对管壳式换热器传热综合性能的影响胡豹1，2，邹琳玲1，刘红姣1，晋梅1*（1. 江汉大学，湖北 武汉 430056； 2. 长江存储科技有限责任公司，湖北 武汉 430056）摘 要： 针对高黏度流体在弓形折流板管壳式换热器中综合传热性能低的问题，采用甘油作为壳程高黏度流体模型介质，通过三维数值模拟计算方法对其在弓形折流板和三分螺旋折流板管壳式换热器的壳程流动特性和传热综合性能进行研究。
结果表明：甘油在三分螺旋折流板换热器壳程中呈螺旋状流动状态，相比于弓形折流板而言，虽然传热性能降低，但有效降低了壳程压降，热增强因子TEF 提升了4.84%~28.95%。
关 键 词：三分螺旋折流板；弓形折流板；数值模拟；综合性能中图分类号：TQ015 文献标识码： A 文章编号：1004-0935（2024）04-0533-04管壳式换热器是一种广泛用于化工、炼油、冶金等工业生产过程中热量交换的单元设备。
折流板作为管壳式换热器内构件，既可提高传热效果，又可起到支撑换热器管束的作用[1-3]。
作为壳程流动介质的高黏度流体在传热过程中，流体的速度分布和温度分布均呈抛物线型分布，因此高黏度流体在管壳式换热器的传热过程中普遍存在传热效率低的问题[4]。
采用各种强化措施以便在提高高黏度流体传热系数的同时降低流动阻力，已成为提高高黏度流体在管壳式换热器中综合传热性能的研究热点。
近年来，众多研究者提出一种与换热管呈一定安装角度的连续螺旋折流板管壳式换热器[5-7]。
相比于传统弓形折流板而言，壳程流体在连续螺旋折流板换热器的壳程流动过程中，可形成连续螺旋状流动状态以减少壳程滞流死区，有效降低了管壳式换热器的压力损失，从而提高换热器的换热效率，同时，螺旋状的流动状态可减小壳程流体对换热管束的冲刷，可有效避免设备的剧烈振荡以延长管壳式换热器的使用寿命。
波形通道印刷电路板式换热器流动传热特性研究
第53卷第2期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 2 2024年2月 Liaoning Chemical Industry February，2024波形通道印刷电路板式换热器流动传热特性研究安 雯（西安石油大学， 陕西 西安 710065）摘 要：使用数值模拟方法研究了超临界LNG在波形通道印刷电路板式换热器中的流动传热特性，针对不同质量流量和不同进口温度进行了模拟。
结果显示，在质量流量在0.72 kg/h至1.44 kg/h范围内增加时，流体的质量流量增加对流动传热性能有积极的影响。
此外，在进口温度在120~140 K范围内增加时，进口温度对印刷电路板式LNG气化器的热力性能有积极的影响，对水力性能的影响较小。
因此，适当提高流体的质量流量和进口温度有助于提高波形通道印刷电路板式换热器的热工水力性能。
关 键 词：印刷电路板式换热器； 超临界LNG； 数值模拟中图分类号：TQ052.6 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）02-0214-05选用高效清洁的能源及高性能的换热设备是提高热能利用率、减少损耗的有效途径之一[1]。
为应对传统燃料如煤和石油储量的日益减少以及污染较大的问题，作为低碳清洁的化石能源，天然气在能源体系从化石能源向可再生能源过渡中扮演着重要的角色，成为可再生能源的理想伴侣[2]。
近年来，天然气（Natural Gas，NG）开始被广泛应用于各个领域。
天然气因其环保、清洁的性质以及高效、经济的优势，被普遍认为是目前传统燃料如煤和石油的最佳替代品，需求量迅速增加。
液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）是目前实现天然气大批量储运的最普遍方式[3-4]。
LNG在使用前必须气化，因此提高换热器的效率对于LNG的实际应用具有重要意义。
印刷电路板式换热器（PCHE）是一种微通道换热器，其流体通道由金属板片通过光化学蚀刻技术加工而成。
相比传统换热器，PCHE具有多个优点，如高换热效率、耐低温高温（-196~900 ℃）和耐高压（60 MPa）等[5-6]。
板式换热器传热与流动分析
板式换热器传热与流动分析摘要：在换热设备中，板式换热器是传热系数比较高的一种，且具有高效、紧凑、容易拆洗等优点。
但同时也具有一些缺陷，如流动阻力比较大、压力承受能力不足等。
因此，让换热性能更好的与流动阻力相互匹配也就成了板式换热器一直以来需要研究改进的重点。
然而，由于板式换热器流道形状比较复杂，叠放的方式有很多种，一直以来对其优化和改进的研究都没有突破性的进展。
本文通过对板式换热器的传热与流动进行分析，为板式换热器的改进和优化提供一些建议，使板式换热器的换热特性与流动阻力能够获得更好的匹配。
关键词：板式换热器传热流动阻力板式换热器是用压制有波纹的薄金属换热板片叠装而成的一种换热设备，由于其高效、紧凑、传热性能高等特点，近几年在石化行业被广泛利用。
板式换热器虽然具有结构紧凑、传热系数高、易拆洗等优点，但其是通过板片进行热量交换，而各板片之间形成的小流通断面流道又相当多，因此流动阻力也较大。
在各方面条件相同的情况下，板式换热器的传热系数是其他换热器传热系数的2倍左右。
长期以来，为了解决板式换热器流动阻力大的缺点，对其复杂的流道形状和花样繁多的叠放方式不断进行研究和改进，但一直没有突破性的进展。
本文通过对板式换热器的传热与流动的优缺点的进行分析，为板式换热器的改进和优化提供一些建议，使板式换热器的换热特性与流动阻力能够获得更好的匹配。
1.板式换热器的构造、工作原理以及特点板式换热器结构非常紧凑，是由一组平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成。
两侧的流道内流动着冷、热流体，那些传热板片能够起到换热的作用。
此外，除了金属板片，板式换热器的结构中还有密封垫圈、压紧装置等附属构件。
密封垫圈的主要作用是防止流体的外漏以及两流体之间的内漏，然而，在换热器运行中产生的压力、温度以及工作流体的腐蚀都会对密封垫圈造成损害，所以，密封垫圈的性能直接影响着板式换热器使用寿命；压紧装置由两部分组成，即压紧板和压紧螺栓，压紧装置能够将密封垫圈压紧，从而使其的密封力增加，保证不会出现泄漏。
高粘牛顿流体输送的表观滑移流动研究
高粘牛顿流体输送的表观滑移流动研究近年来，人们对物理现象认识越来越深入，越来越关注流体流动的现象。
高粘牛顿流体输送的表观滑移流动是其中一种重要的流动类型，其表现出色在多种现象和工程背景中，已经成为当今流程力学研究的热点之一。
一般而言，高粘牛顿流体输送的表观滑移流动能够持续的输送液力和气体的流动。
其中，液力的影响主要体现在液体的滑移和粘滞性等方面，即液体的黏性与牛顿流体的黏性比特别高。
另外，气体的影响可以表现在相对较轻的涡流和气体潮流等方面，其中涡流受气体压力和流动速度的影响。
有关高粘牛顿流体输送的表观滑移流动的研究，有两个重要方面需要考虑：第一，研究高粘牛顿流体输送过程中的表观滑移流动；第二，研究高粘牛顿流体输送过程中的附加流动现象。
1）首先，在高粘牛顿流体输送中，由于液体的黏性及其流变性质的影响，液体流动会出现滑移行为，形成表观滑移流动。
这一滑移流动对宏观流动和热质传输性质有着关键性影响。
因此，研究滑移流动的重点在于探索滑移流动的液力和气体本质，以及液力驱动和气体引起的流变。
2）其次，附加流动现象包括涡流、潮流以及紊流等。
其中，涡流的形成是由于气体的压力效应和流变的共同作用，因此涡流往往会影响宏观流动的结构和质量传输性质。
此外，潮流在高粘性流体的混合与传输过程中也起着重要作用，而潮流的产生主要是由于流体的粘滞性和温度的影响。
最后，紊流是流体中的随机运动现象，它会受到流体温度、密度和黏度等流体性质的影响，从而影响宏观流动的形态和能量传递效率。
综上所述，高粘牛顿流体输送的表观滑移流动是一种重要的流动模式，它具有独特的流变特性和质量传输性质。
因此，研究高粘牛顿流体输送的表观滑移流动，不仅是为了探讨流变模式本身，还有助于对一些复杂流动现象的辨识与理解，进而将其用于实际应用和设计。
综上，本文将从概述高粘牛顿流体输送的表观滑移流动和附加流动现象的角度，总结出目前研究高粘牛顿流体输送的表观滑移流动的重要内容和焦点，认识到它对流动的影响及其实际应用的价值，从而对高粘牛顿流体输送的表观滑移流动有一个更深入的理解。
反应器内的流动与热传递研究
反应器内的流动与热传递研究在化学工程和相关领域中，反应器的设计和操作是至关重要的环节。
其中，反应器内的流动与热传递现象对于反应的效率、选择性和安全性有着深远的影响。
深入理解和研究这些现象，对于优化反应器性能、提高生产效率以及降低能耗具有重要意义。
首先，让我们来探讨一下反应器内的流动现象。
流动模式的类型多种多样，包括层流、湍流以及介于两者之间的过渡流。
层流状态下，流体的流动呈现出平稳、有序的特点，流线平滑且互不交错。
而湍流则是一种高度复杂和紊乱的流动状态，流体的速度和压力在时间和空间上都呈现出随机的变化。
在实际的反应器中，流动模式的形成受到多种因素的影响。
例如，反应器的几何形状、入口和出口的设计、流体的流速和物性等。
对于管式反应器，其内径的大小和长度会显著影响流体的流动状态。
较小的管径和较长的管长容易导致层流的出现，而较大的管径和较高的流速则可能引发湍流。
流动模式的不同会直接影响反应物和产物在反应器内的分布情况。
在层流状态下，由于物质扩散的速度相对较慢，可能会出现浓度分布不均匀的现象，从而影响反应的进行。
而在湍流状态下，强烈的涡流和混合作用能够促进物质的均匀分布，提高反应的一致性。
接下来，我们关注一下热传递现象。
热传递在反应器中主要通过三种方式进行：热传导、热对流和热辐射。
热传导是指由于分子的热运动，热量从高温区域向低温区域传递的过程。
在固体材料中，热传导是主要的传热方式。
而在反应器内的流体中，热传导的作用相对较小，但在紧邻固体壁面的薄液层中仍具有一定的影响。
热对流则是通过流体的流动来传递热量。
这包括自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是由于流体内部温度差异引起的密度变化，从而导致流体的流动。
强制对流则是通过外部的动力（如泵、风机等）驱动流体流动来实现热量传递。
在反应器中，通常会采用强制对流来增强传热效果。
热辐射是通过电磁波的形式传递热量，其传递过程不需要介质。
在高温反应器中，热辐射的作用不可忽视。
板式相变储能换热器流动与换热性能实验研究
板式相变储能换热器流动与换热性能实验研究阮世庭;张济民;曹建光;徐涛;王江【摘要】为了探究板式相变储能换热器在不同工作状态下的流动与换热性能,以及不同工况下的(火用)损失.通过实验研究换热流体的流速、温度以及板式相变储能的摆放位置对相变储能换热器出口温度、换热功率以及(火用)效率的影响.实验结果表明,在相变材料融化结束前,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度高,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度低;当相变材料融化结束后,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度低,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度高.换热流体温度高、流速低时,(火用)效率低;换热流体温度低、流速高时,(火用)效率高.相变储能换热器的摆放位置对换热器的流动与换热性能只产生微弱的影响.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2018(036)003【总页数】6页(P229-233,269)【关键词】相变储能;换热器;实验研究;(火用)效率;换热功率【作者】阮世庭;张济民;曹建光;徐涛;王江【作者单位】上海卫星工程研究所,上海201109;上海卫星工程研究所,上海201109;上海卫星工程研究所,上海201109;上海卫星工程研究所,上海201109;上海卫星工程研究所,上海201109【正文语种】中文【中图分类】TK02现阶段，将相变储能技术与换热技术结合，开发新型相变储能换热器成为研究的热点[]。
目前主要采用间壁式换热器作为相变储能换热器形式[2]。
按照传热壁面的形状，间壁式换热器可以分为管式换热器、板式换热器、夹套式换热器以及各种异形传热面组成的特殊形式换热器[3]。
板式换热器是近几十年来广泛应用的一种新型换热器。
它由一系列相互平行、具有强化换热表面的薄金属板相叠而成[4]，具有耐高温高压、耐腐蚀、结构紧凑等优点，在我国得到了很大的发展，在航天上也有广泛的应用。
康艳兵等[5]建立了板式相变储能换热器的无量纲传热模型，此模型适用于流体入口流量、入口温度随时间变化和需要考虑入口段效应及添加肋片等情况。
板式换热器中两相流特性研究综述
板式换热器中两相流特性研究综述作者：董晓强莫岩来源：《科技视界》2014年第21期【摘要】本文通过总结了近些年板式换热器中的两相流特性研究现状，分析比较了不同研究方法对板式换热器两相流的影响，提出对板式换热器研究时应该考虑的问题，并给出了研究建议。
【关键词】板式换热器；两相流；实验；数值模拟0 引言换热器是用来将热流体的热量传给冷流体，可以完成不同品质热量的转换，具有新型、高效、紧凑的特点。
而能源的利用消耗与换热问题密切相关，例如电厂中给水的加热、再热、过热，供暖和制冷设备中工质的加热与冷却等。
因而倍受现在工业生产的重视，对板式换热器的研究对于节能环保就有重要意义。
两种或两种以上相态物质的流动称为两相流或多相流[1]，两相之间存在一个相界面，流动的变化会使相界面发生变化或变形，使气液两相的流动和传热机理发生改变，从而使流动阻力和传热量发生变化[2]。
本文总结了近些年板式换热器中气液两相流的流动换热研究方法，并对板式换热器的研究方向提出了建议。
1 板式换热器的简介目前使用比较普遍的是可拆卸式板式换热器（如图1），它主要由波纹金属板片、密封垫圈和压紧装置三部分组成[3]。
波纹板片是换热器工作的主要部分，其厚度一般在0.6mm～0.8mm之间，在对板片设计时主要考虑以下因素：第一，要能够保证流体在较小的流速时仍发生强烈的湍流；第二，要具有足够的承压能力，能够尽量满足在不同场合能够安全工作。
板片的材料主要有黄铜、不锈钢以及一些稀有金属的合金材料，在使用中会根据流动介质的不同，选择一种经济适用的材料。
生产制造时，用特定的磨具压制成不同波纹夹角、波纹高度、波纹节距以及换热面积大小不相等、形状各异的波纹板片，并在板片的四角处分别开有的相同大小角孔作为换热介质的流入流出通道。
密封垫圈是板式换热器中最为重要并且要求最为苛刻的零件，它的作用是对换热器内的介质进行密封，防止介质发生泄漏，并且它还承担着分离冷热介质，防止它们相互混合的作用。
工程流体传热与传质的模拟与优化
工程流体传热与传质的模拟与优化工程流体传热与传质是工程领域中一个重要的研究方向，其目的是通过模拟和优化方法，提高工程系统的传热与传质效率，以增强工程性能和降低能源消耗。
本文将从工程流体传热和传质的基本原理、模拟方法和优化手段三个方面进行阐述。
一、工程流体传热和传质的基本原理工程流体传热与传质是指研究在工程系统中，热量和物质传递的过程。
热量和物质的传递对工程性能和能源利用效率有着重要影响。
在工程中传热与传质的基本原理包括热传导、对流传热和辐射传热。
传热的基本原理可以通过热传导方程、流体力学方程和质量守恒方程来描述。
传质的基本原理主要涉及质量扩散等系数和浓度梯度之间的关系。
二、工程流体传热和传质的模拟方法1. 数值模拟方法：数值模拟方法是工程流体传热和传质研究中常用的手段之一。
常见的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和计算流体力学等方法。
在数值模拟中，可以根据系统的边界条件和初始条件确定系统的物理模型，再通过数值计算方法求解出系统的传热和传质过程。
数值模拟方法在工程中具有应用广泛、计算精度高的特点。
2. 实验模拟方法：实验模拟方法是工程领域中经常使用的模拟手段。
通过建立实验模型，可以在实验条件下模拟流体传热和传质的过程。
实验模拟方法可以通过搭建实验设备、调节实验参数等手段来研究工程系统的传热和传质性能。
实验模拟方法在工程中具有实际可操作、直观直观等优点。
三、工程流体传热和传质的优化手段1. 换热器设计优化：经过模拟和实验得到的工程系统的传热性能数据可以进一步优化换热器的设计。
通过调整换热器的结构参数，如管子的形状、长度、壁厚等，优化传热器的热传导和对流传热效果，以增加传热效率和降低能源消耗。
2. 流体流动优化：流体流动对工程系统的传热和传质有着重要影响。
通过优化流体流动条件，如流速、流道结构等，可以改变流体传热和传质的速率。
通过数值模拟方法，可以获得最佳流动条件，以提高传热和传质效率。
3. 材料选择和涂层优化：材料的传热和传质性能差异会影响整个系统的性能。
板翅式换热器表面传热与流阻特性数值模拟_季中敏
图 13 C 流体通道压力梯度 F ig. 13 R e lationship o f pressure g radient v s
temperature o f passage C
ห้องสมุดไป่ตู้
D流体通道温度、压力分布如图 14、图 15。 D 流体通道传热系数、压力梯度如图 16、图 17。
D流体为气相。从 D 流体通道传热系数数值
模拟结果可以看出, 传热系数与压力梯度均随温度 增加而增大。
图 14 D 流体通道温度分布 F ig. 14 T emperature d istr ibution o f passag e D
图 15 D 流体通道压力分布 F ig. 15 P ressure d istribution o f passage D
1 建立模型
板翅式换热器的传热与流动阻力性能主要决定
# 107#
于翅片的表面特性, 因此翅片的表面特性数据是准 确设计板翅式换热器的基础。具有相变换热的混合 工质低温热交换器, 较之一般情况下的热交换器, 工 作过程比较复杂, 热物性不仅变化剧烈, 而且很难准 确确定, 沸腾和凝结的实验工作实现起来也比较困 难, 从这一点来说, 数值模拟就具有较大的优势。本 文对液化天然气中的一种换热器进 行数值模拟研 究。天然气混合工质物性计算, 本文采用由 SRK 方 程计算得出的混合工质物性参数, 将混合工质分段 物性数据拟合曲线, 并输入 FLUENT 软件的材料物
C 出口 164. 35
3. 95 252. 85
D 入口 109. 85
1. 57 119. 13
D 出口 164. 35
1. 49 119. 13
2. 1 计算结果分析与验证 A 流体通道温度、压力分布如图 2、图 3。 A 流
高粘度流体在三维内肋管中层流强化传热性能研究
了研究 。结果表 明： 离散 的三维 内肋结构能够促进高粘度流体 在较低 的雷诺数 下完成从层 流 向湍流 的转变 。说 明在高
粘 度流体 的换热 问题 中 ， 采用三维内肋管可以有效促进 流态转变 ， 并因此获得 明显的传热强化 效果 ； 对试 验数 据采用最 小二乘法进行 多元线性 回归， 获得＿ ｒ三维 内肋 管中高粘度 流体在层流 区的流阻和换热准 则方 程式 ； 根据 Ｗｅ ｂ ｂ定义 的热 力性能 系数 ， 作为强化传热性能的判断指标 ， 得到 了性能最优 的三维肋结构组合 ， 为结构优化指 出了方 向。
Ｉ ｎ ｖｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｈｅ ａ ｔ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ Ａｕ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ Ｖｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｆｌ ｕｉ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ Ｔｈｒ ｅ ｅ － ｄｉ ｍｅ ｓｉ ｎ ｏ ｎａ ｌ Ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ Ｃｒ ｏ ｓ ｓ ｉ ｎｇ ・ ｉｎｎ ｆ ｅ ｄ Ｔｕ ｂｅ ｉ ｎ Ｌａ ｍｉ ｎ ａ ｒ Ｆｌ ｏ ｗ
１ ０
Ｆ Ｉ ＵＩ Ｄ ＭＡＣＨＩ ＮＥＲＹ
Ｖｏ １ ． ４２， Ｎｏ ． ３， ２ ０１ ４
文章编号 ： １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３— ０ ０ １ ０— ０ ４
高 粘度 流体在三维 内肋 管中层流强化传热性能研究
张
（ １ ． 华北水利水 电大学 ， 河南郑州 摘
ＺＨＡＮＧ Ｃｈ ｕ ａ ｎ 一， Ｓ ＯＮＧ Ｘｉ ａ ｏ — ｙ ｏ ｎｇ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ｎ ． ｙ ａ ｎ ｇ ， Ｗ ＡＮＧ Ｗｅ ｉ ． ｓ ｈ ｕ
（ １ ． Ｎ ｏ ａ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ １ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ Ｌ ｏ ｗ—ｓ ｒ ａ ｄ ｅ
高温高压条件下的流体流动行为模拟研究
高温高压条件下的流体流动行为模拟研究引言：高温高压条件下的流体流动行为模拟是一项重要的研究领域，对于理解自然界和工程中的流体行为具有重要意义。
在高温高压环境中，流体的物理和化学性质可能会发生显著变化，因此，了解流体在这种条件下的流动行为对于工业应用和科学研究至关重要。
本文将探讨高温高压条件下流体流动行为模拟的研究方法和应用。
一、高温高压条件下的流体性质在高温高压条件下，流体的性质会发生明显变化。
高温可以导致流体分子的热运动增加，流体的粘度减小，流动更加容易。
同时，高温也可能引起流体的化学反应，产生新的化合物或物态。
高压条件下，流体分子之间的相互作用增强，压力对流体的影响变得更为显著。
因此，了解高温高压条件下流体性质的变化对于模拟流体流动行为至关重要。
二、高温高压条件下流体流动行为模拟的方法目前，研究人员采用多种方法来模拟高温高压条件下的流体流动行为，下面介绍几种常用的方法。
1.计算流体力学方法计算流体力学（CFD）是一种常用的模拟流体流动行为的方法。
通过对流体流动进行数值求解，可以得到流体中各个位置的速度、压力等重要参数。
在高温高压条件下，CFD方法可以考虑流体的物理和化学性质的变化，并通过求解相应的方程组来模拟流动行为。
CFD方法广泛应用于汽车、航空航天等领域的流体力学研究中，但在高温高压条件下的流动行为模拟中仍面临一些挑战，如模型的准确性和计算复杂度等问题。
2.分子动力学模拟分子动力学（MD）模拟是一种基于原子和分子尺度的模拟方法，可以在高温高压条件下模拟流体的动力学行为。
通过建立分子间的相互作用势函数和运动方程，模拟流体中每个分子的运动轨迹。
分子动力学模拟可以提供流体分子级别的详细信息，对于研究高温高压条件下的流体流动行为有很大的优势。
然而，由于分子动力学模拟涉及大量计算和较长的仿真时间，仍存在一定的计算复杂度。
3.相场方法相场方法是一种利用场变量来描述流体相变行为的模拟方法。
在高温高压条件下，流体可能会发生相变，如气液两相共存等。
板式换热器传热与流动
工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald94板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备，与其他换热器相比具有较高的传热系数，由于板式换热器自身所具备的诸多优势加之优良的传热性能，使其在化工、空调、生活热水、采暖等领域得到广泛应用，但其存在一个致命缺点-流动阻力大，这一缺陷严重阻碍了板式换热器的进一步推广应用。
板式换热器各板片之间有许多流道，通过板片进行热量交换，与常规换热器相比，在相同的流动阻力下，其传热系数要高出一倍甚至更多。
针对板式换热器的内部结构特点，可以采用数值模拟分析方法研究其换热器通道内的换热与流动特性。
1 板式换热器的构造与应用现状概述在进行数值模拟实验分析之前，需要了解板式换热器的构造与工作原理，便于实验研究，促使方程模型的建立更加符合板式换热器特点。
板式换热器由互相平行的薄金属板组成，金属板表面为波纹表面，流道内有各自流动的冷、热流体，通过换热面-金属板片进行换热[1]。
板式换热器的主要结构为金属板片，此外还有压紧装置、密封垫圈等附属构件，其中，密封垫圈的作用是防止流体之间的内漏，其在运行过程中需承受温度和压力，常常受到工作流体的侵蚀，因此，密封垫圈的性能直接决定着板式换热器的承温承压能力和使用寿命。
金属波纹板片是板式换热器的主要换热元件，按照表面波纹形状不同，可以分为人字形波纹、水平波纹、斜波纹等金属板片，当下应用最广泛的金属板片是人字形波纹板片。
传热效率、承压能力、流体阻力是衡量波纹板片性能的主要参考指标，人字形波纹板片之所以得到广泛应用，是因为其具有传热效率高、承压能力高等优点，这与其金属板间流道截面结构有关，总之，人字形波纹板片是当前板片中性能最好的一种。
与其他换热器相比，板式换热器主要存在以下优势：（1）结构紧凑。
在传热面积相同的条件下，板式换热器所需空间最小，单位体积内的换热面积是管壳式换热器的3～5倍[2]。
板式换热器内Cu_水纳米流体流动和传热特性数值模拟_孙斌
第30卷第5期2015年9月热能动力工程JOUＲNAL OF ENGINEEＲING FOＲTHEＲMAL ENEＲGY AND POWEＲVol．30，No．5Sep．，2015收稿日期：2014－08－27；修订日期：2014－10－14基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目（NCET －2012－0727）作者简介：孙斌（1972－），男，东北电力大学教授檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏殏殏殏.热力循环文章编号：1001－2060（2015）05－0666－06板式换热器内Cu －水纳米流体流动和传热特性数值模拟孙斌，张冠男，左瑞良（东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012）摘要：将Cu －水纳米流体作为冷流体，应用到板式换热器系统中，利用大型通用CFD 软件对不同浓度Cu －水纳米流体板式换热系统进行三维数值模拟，得到传热工质的温度场、换热系数及流场的空间分布，分析了Cu －水纳米流体在板式换热器中流动与传热特性，并将模拟结果与实验结果进行了对比。
结果表明：以Cu －水纳米流体为冷流体的板式换热器的换热效果明显优于以纯水为冷流体时的换热效果；在提高纳米流体流速、增大纳米流体浓度的同时，应充分考虑其粘度增加导致的压降增大对换热器性能的影响。
关键词：纳米流体；传热；流动；板式换热器中图分类号：TK124文献标识码：A符号说明b —板片有效宽度/m ；f —基液；d e —当量直径/m ；dr —漂移速度/m ·s －1；k —流体导热系数/W ·（m ·K ）－1；L —流道长度/m n —纳米粒子；m —纳米流体混合液；Nu —努赛尔数；Pr —普朗特数；Ｒe —雷诺数；s —板间距/m ；T —温度/K ；u —流道间流速/m ·s －1；V —流速/m ·s －1；w —壁面；α—流体热扩散率；ΔP —压降/kPa ；ΔP f —流道压降/kPa ；μ—动力黏度/kg ·（m ·s ）－1；v —运动粘度/m 2·s －1；ρ—流体密度/kg ·m －3；λw ———波纹板片导热系数/W ·（m ·K ）－1。
板式相变储能换热器流动与换热性能实验研究
第36卷,总第209期2018年5月,第3期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.36,Sum.No.209May.2018,No.3板式相变储能换热器流动与换热性能实验研究阮世庭,张济民,曹建光,徐 涛,王 江(上海卫星工程研究所,上海 201109)摘 要:为了探究板式相变储能换热器在不同工作状态下的流动与换热性能,以及不同工况下的损失。
通过实验研究换热流体的流速、温度以及板式相变储能的摆放位置对相变储能换热器出口温度、换热功率以及效率的影响。
实验结果表明,在相变材料融化结束前,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度高,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度低;当相变材料融化结束后,进口流体流速高、温度低时,出口流体温度低,进口流体流速低、温度高时,出口流体温度高。
换热流体温度高、流速低时,效率低;换热流体温度低、流速高时,效率高。
相变储能换热器的摆放位置对换热器的流动与换热性能只产生微弱的影响。
关键词:相变储能;换热器;实验研究;效率;换热功率中图分类号:TK02 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2018)03-0229-05收稿日期 2017-09-20 修订稿日期 2018-03-22基金项目:国家自然科学基金资助项目(51406122)作者简介:阮世庭(1991~),男,硕士研究生,主要研究方向为航天器相变热控技术。
Experimental Research on Plate Type Phase Change Energy StorageHeat ExchangerRUAN Shi -ting,ZHANG Ji -min,CAO Jian -guang,XU Tao,WANG Jiang(Shanghai Institute of Satellite Engineering,Shanghai 201109,China)Abstract :In order to explore the flow and heat transfer performance and exergy loss of plate type phasechange energy storage heat exchanger in different working conditions,the effects of the flow velocity and temperature of the heat transfer fluid on the outlet temperature,heat transfer power,and exergy efficiency of the phase change energy storage heat exchanger were studied experimentally.The experimental results show that,before the phase change material finishes melting,the temperature of the outlet fluid is high when the flow rate of the inlet fluid is high and the temperature is low;the outlet fluid temperature is low,when the inlet fluid flow rate is low and the temperature is high.And after the phase change material melts,the temperature of the outlet fluid is low when the flow rate of the inlet fluid is high and the tem⁃perature is low;the outlet fluid temperature is high,when the inlet fluid flow rate is low and the tempera⁃ture is high.When the heat exchange fluid temperature is high and the flow rate is low,the exergy effi⁃ciency of phase change energy storage heat exchanger is low;when the heat exchange fluid temperature is low and the flow rate is high,the exergy efficiency of phase change energy storage heat exchanger is high.The placement only has a weak influence on the flow and heat transfer performance of the phase·922·change energy storage heat exchange.Key words :phase change energy storage;heat exchanger;experimental research;exergy efficiency;power of heat exchanging 现阶段,将相变储能技术与换热技术结合,开发新型相变储能换热器成为研究的热点[]。
板式换热器内纳米流体单边流动与对角流动强化传热模拟
板式换热器内纳米流体单边流动与对角流动强化传热模拟孙斌;张冠男【摘要】对纳米流体在板式换热器内单边流动和对角流动时的传热性能进行了三维数值模拟计算,得到了传热工质的温度、换热系数和流场的空间分布,分析了其压降与流速的关系.结果表明,纳米流体可以提高板式换热器的性能,其中以纳米流体作为冷流体单边流动时板式换热器的换热性能和降压效果最佳.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2015(042)003【总页数】5页(P404-408)【关键词】板式换热器;纳米流体;单边流动;对角流动;换热性能;压降【作者】孙斌;张冠男【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院;东北电力大学能源与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5符号说明h——换热系数，W/(m2·K)；K——导热系数，W/(m2·K)；Δp——压降，kPa；T——温度，K；v——进口速度，m/s；V——流量，m3/h；φ——流体体积浓度，%；μ——动力粘度，Pa·s；ρ——流体密度，kg/m3；下标：d——对角流动；f——基液；m——纳米流体混合液；n——纳米粒子；u——单边流动；w——纯水。
板式换热器是一种新型、高效、紧凑的热交换器，它具有传热系数高、对数平均温差大、占地面积小、质量轻、价格低廉、易清洗及易改变换热面积等优点。
随着板式换热器的快速发展，其换热性能越来越高，在压力和温度不太高的换热场合中已逐步替代管壳式换热器，并广泛应用于石油、化工及制冷等领域中。
目前，对板式换热器性能的研究主要体现在提高传热效果和降低压降两个方面。
Charre O等利用Fluent软件对板式换热器内部的温度场、速度场和压力场进行数值模拟[1～3]。
Fernandes C S 等对板式换热器内部通道进行分析，发现改变流道的几何形状能提高换热器的传热性能[4]。
梁欣等利用Fluent软件对不同尺寸的双波纹板式换热器的流场进行了模拟，经过分析对比得到换热效果最佳时双波纹板的形状[5]。