板翅式换热器结构优化及其性能数值模拟

板翅式换热器内部纵横两个维度的流量分配不均,导致其换热性能降低。基于单相流量分配理论和板翅式换热器内部流场特性,通过改变换热器进出口管个数、进出口方式、端部入口管相对位置等,建立了新型板翅式换热器结构。基于CFD方法的Fluent数值计算方法,对板翅式换热器优化前后的流量分配特性进行数值模拟,研究优化后的端部入口管相对位置、入口管个数及出口管个数对流量分配的影响规律。结果表明:改变进出口方式可以均衡各通道路径在入口和出口处的总压降,有效改善板翅式换热器的流量分配特性;优化后的板翅式换热器最佳参数组合是端部入口管相对位置为0.033、入口管个数为5、出口管个数为1,该结构可以使气相和液相的流量不均匀度降低约50%,对提高换热器换热性能具有重要意义。     

煤层气小型撬装液化装置的优化

煤层气田具有多井、低压、低产等特点,小规模先导试验井组和偏远气井单独建设管道输送系统经济性较差,导致产出气不能通过集输管道进行有效外输。提出了适合煤层气撬装液化装置的新型混合工质制冷剂液化流程:对原料气进行预冷,利用低温将原料气中杂质析出,然后吸附进入第一显热换热器/第二显热换热器中,并进行脱除;利用原燃料气进行复温吹洗,脱除的杂质随燃料气进入发电机燃烧,第一显热换热器与第二显热换热器交替运行,使其前处理流程更加简单。针对煤层气撬装液化装置使用油润滑螺杆压缩机驱动的方式,提出了混合工质制冷剂节流制冷机结构,实现润滑油与制冷剂的深度分离。对于冷箱结构,采用板翅式换热器与微细管结构绕管式换热器相结合的优化方式。研制了煤层气撬装液化试验样机,试验运行测试结果表明:该装置最小比功耗为0.612(k W·h)/m~3,其液化性能指标与日处理量10×104 m~3的集中式液化装置的性能相当。(图5,表1,参12)     

割前摘脱台后挡板位置及结构影响摘脱损失的研究

本文对割前摘脱台后挡板不同位置及结构对损失的影响进行了试验研究。结果表明:后挡板位置不同,对损失影响差异显著;开设放风小孔和附加非金属材料,对降低损失具有积极的意义;曲线形的后挡板,可显著降低损失。并对其中的原因进行了分析。从而获得了合理的结构形式。     

表观气速对疏油型聚结滤芯性能的影响及结构改进

天然气储运过程中，气体流量频繁波动易导致过滤器滤芯服役寿命缩短甚至失效。根据相关测试标准建立聚结滤芯过滤性能实验装置，分析表观气速及其动态变化对疏油型聚结滤芯饱和度、液体分布与下游液滴状态的影响，提出滤芯内部设置挡板的新方法，并探究了可显著提升滤芯性能的最佳挡板高度。结果表明：随着表观气速升高，滤芯首层饱和度减小且下部区域最为明显；表观气速的动态变化对滤芯首层和末层的饱和度影响较大，在实验许可范围内，适当提高表观气速可加快液体运移，但当表观气速达到0.5 m/s时，纤维对液滴的黏附力相对减弱，液滴容易脱离而出现二次夹带，导致过滤效率明显下降；滤芯内部设置挡板结构可有效避免较高表观气速下的液滴二次夹带现象，且在挡板高度为15 cm时，滤芯过滤性能提升最为显著，下游液滴计数浓度相比无挡板结构降低97.3%。研究成果可为高效聚结滤芯研制和天然气储运工艺优化提供重要指导。（图10，表2，参23）     

FLNG液化工艺的关键技术

FLNG(LNG Floating Production Storage and Offloading Unit)液化工艺的关键技术包括液化工艺的选择、晃荡条件下工艺及关键设备的适应性,其对装置的投资、运行稳定性及安全产生很大的影响。根据海上工艺设计标准,对不同液化流程进行比选,分别建造氮膨胀和混合制冷剂两套液化实验装置,并开展晃荡实验,验证工艺及关键设备的海上适应性,实验结果表明:晃荡工况下,丙烷预冷双氮膨胀工艺和双混合制冷剂工艺的液化和处理能力均能保持较高水平,前者适用于处理量小且海况恶劣的海域,后者适用于处理量大且海况平稳的海域;壳侧降膜流动的不稳定性是导致绕管式换热器适应性较板翅式换热器低的主要因素;倾斜和横摇会在较大程度上降低填料塔内液体分布均匀性及传质性能;共振周期直接影响薄膜型液舱的装满度,横摇会提高气液两相分离过程的平衡程度;晃荡对膨胀机工作性能无影响。     

绕管式换热器壳侧液膜流动及分布特性北大核心

绕管式换热器是天然气液化过程的主低温换热器,其壳侧工质的流动特性对换热器性能具有重要影响。为了研究换热器管外工质的降膜流动规律,建立了三维降膜流动模型,基于VOF(Volume of Fluid)方法进行了数值模拟,针对换热器的静止和海上晃荡两种工况,研究了雷诺数和管间距对降膜流动的影响。结果表明:当管间距由4 mm增至10 mm时,平均液膜厚度减小了38.5%;在晃荡工况下,适当增大管间距有利于改善液膜分布情况;改善液膜在管壁的分布、减小液膜厚度有利于提高换热管的综合性能。对于绕管式换热器壳侧液膜在非稳态条件下的情况开展研究,可为换热器结构改进、装置节能降耗、海上抗晃荡设计提供参考。     

绕管式换热器壳侧液膜流动及分布特性

绕管式换热器是天然气液化过程的主低温换热器,其壳侧工质的流动特性对换热器性能具有重要影响。为了研究换热器管外工质的降膜流动规律,建立了三维降膜流动模型,基于VOF(Volume of Fluid)方法进行了数值模拟,针对换热器的静止和海上晃荡两种工况,研究了雷诺数和管间距对降膜流动的影响。结果表明:当管间距由4 mm增至10 mm时,平均液膜厚度减小了38.5%;在晃荡工况下,适当增大管间距有利于改善液膜分布情况;改善液膜在管壁的分布、减小液膜厚度有利于提高换热管的综合性能。对于绕管式换热器壳侧液膜在非稳态条件下的情况开展研究,可为换热器结构改进、装置节能降耗、海上抗晃荡设计提供参考。(图6,参24)     

小型水稻联合收割机旋风分离清选装置的结构优化与试验

旋风分离清选装置具有体积小、重量轻、结构简单等优点,现已广泛应用于小型水稻联合收割机。但其清选过程中仍存在损失率高、湿物料清选效果不佳等问题,通过对旋风分离筒内部结构进一步优化与改进,并运用Fluent 15.0软件对优化前后的分离筒内部气流场进行了比较分析。以吸杂风机转速、扬谷器转速、挡板倾斜角度为试验因素,清洁率和损失率为性能评价指标,运用三元二次正交试验方法进行了台架试验,试验结果表明：当吸杂风机转速为2 452 r/min,扬谷器转速为783.8 r/min,挡板倾斜角度为41°时,装置性能最佳,此时清洁率为98.26%,损失率为0.003 5%。对照试验结果表明：脱出物含水率越高,装置优化后性能提升效果越明显,该结果可为后期旋风分离筒结构优化设计提供参考。     

大跨度无支柱日光节能温室性能的研究

为解决目前日光节能温室存在的土地利用率低,环境控制能力差和可操作性差等问题。本文在提出日光节能温室最大蓄热面积与热容积化理念的基础上,研究了大跨度无支柱日光节能温室结构特性和生产性能。和传统的日光节能温室比,研究表明大跨度无支柱日光节能温室具有土地利用率高、热容比大等优越性,且适用性强,生产性能好。     

基于正交试验的制粒机成型仿真及结构参数优化

制粒机是饲料行业重要设备之一,其结构参数影响饲料成型。为了进一步优化制粒性能,采用COMSOL有限元分析软件对物料的挤压过程进行分析模拟,设计L9(34)正交试验研究制粒机环模内径、模孔长度、压辊直径和模辊间隙对成型性能的影响,通过权矩阵分析确定较优的参数组合并加以验证。结果表明：①制粒机内部模型的仿真模拟能够有效地反映物料在实际工作时的运动状态;②对性能影响由大到小的结构因素排序为模辊间隙、模孔长度、压辊直径、环模内径;③制粒最优组合为环模内径425 mm、模孔长度54 mm、压辊直径178 mm、模辊间隙1.5 mm,制粒机的成型速率较优化前得到提升。上述结果表明,采取的仿真试验及优化办法具有一定的实效性,可为制粒机内部成型模拟分析以及后续的结构设计与参数优化提供方法借鉴。     

LNG绕管式换热器壳程对流换热数值模拟

绕管式换热器是天然气液化的核心设备,其换热性能的优劣严重影响液化工艺水平。基于绕管式换热器的结构及特性,采用Fluent软件,对LNG绕管式换热器壳程单相混合冷剂的对流换热进行了数值模拟。结果表明:换热管管径是影响壳侧换热的重要因素,壳侧换热系数、壳侧冷剂压降均随换热管管径、壳侧冷剂质量流量的增大而增大。模拟结果与已有实验值的偏差均控制在20%以内,二者具有较高的匹配性,说明采用新建立的数值模拟模型用于绕管式换热器换热性能研究具有可行性。     

利用热管换热器回收加热炉排烟余热

对改进的两相半开式热管换热器的工作原理及热管换热器换热效率的计算方法作了介绍,并列举了三种热管换热器的应用实例。指出热管换热器具有传热效率高、压力损失小、结构紧凑、应用范围广、维修费用少等优点,同时也存在酸露点的低温腐蚀等实际问题,在使用中不断加以改进,为回收各种加热设备的排烟余热、节约能源,发挥它的巨大作用。     

干燥热风炉的热工特性

介绍了干燥热风炉的概念，分析了热风炉的设计现状。通过与加热炉的对比，阐述了热风炉操作参数的特点；基于换热器在热风炉土不可替代的地位，从热工理论出发，指出了热风炉用换热器与余热利用换热器的主要区别。     

地源热泵系统在输气站场内的应用及节能分析

输油气站内生活采暖和制冷设备大多是电暖器和空气源热泵,能耗较高.从节能角度出发,分析了地源热泵技术的工作原理、工作过程及其相对于空气源热泵的优势.以北京某输气站为例,根据站内地质、气候特征,按照埋地换热器、负荷、流量设计计算方法,确定设备型号、传热介质类型及地埋管布局,在输气站内设计建造地源热泵系统.按照有关标准,对该系统进行节能监测,并分析其节能效果,结果表明:与空气源热泵相比,该系统节能率为27.62％;与电暖器相比,节能率可达63.81％,节能效果明显,长期运行经济效益可观,具有推广应用价值.     

温室地热系统结构设计及节能环保效益

为了达到节能环保效益,采用传热效率高、结构简单且投资小的分离式热管换热器作为温室地热系统,对其进行了结构设计和计算,选择了适当的工质和材料,并对它的节能和环保效益进行了阐述,说明了分离式热管系统的可靠性和实际应用的价值,为其在实际应用中提供可靠依据。     

输油泵站分离式热管加热炉的设计

针对目前原油长输管道上广泛采用的原油加热炉存在体积庞大，炉管易结焦，热效率低、安全性差等缺点，提出采用分离式热管加热炉。介绍了热管传热原理及分离式热管加热炉的工作原理、结构特点。     

温室地埋管强化换热方案探讨及数值模拟分析

为了提高地热资源在温室供热中的利用效率,定性研究了地源热泵地埋管管内强化传热方式,针对横纹管、缩放管和波纹管为研究对象并以光滑管作参照,建立了以水为传热介质的强化传热模型,利用Fluent软件,采用simplec算法和标准k-ε模型,分析了不同的管内结构对管内传热过程的影响,并探讨其强化传热机理,从光滑管和几种强化传热管的传热特性中可得出,在研究范围内,它们的传热效果按优劣依次为横纹管、缩放管、波纹管,为温室供热地埋管的选择提供了可靠的依据。     

热媒换热器结垢的原因及治理方案

通过调查中洛管道热媒换热器经常发生大面积结垢引起换热量下降的情况，对故障原因进行了分析，分析表明，原油含盐量大、机械杂质过多、低输量运行导致原油流速过低等是换热器结垢的主要原因。通过论证提出了几项治理方案。第一方案为采用新型换热器，既可保证较高的换热量，又能降低结垢速度，并能适应中洛线目前低输量或将来提高输量的运行要求；第二方案为加装纵向折流板，可以显著提高换热能力，延长清洗周期，但耗费资金可观；     

对称翼型导叶的轴流泵数值模拟

针对农业灌溉中对轴流泵性能的要求,为了更深入的研究该轴流泵的性能特性,研究了NACA0006对称翼型导叶的轴流泵性能,利用计算流体动力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法对该轴流泵进行数值模拟。通过对其进行数值计算和对比分析表明,设计工况下的数据值不仅与Fluent软件模拟的数据值相对误差为1.9%,并且应用Fluent软件模拟计算得到泵的性能曲线与性能实验的结果吻合较好,证明了在轴流泵导叶设计中,NACA0006翼型不仅结构简单、适用性良好,而且取得了更高的效率。