船用板式换热器混合板片热力性能实验研究

以人字形板式换热器板片为研究对象,测试单相流体在三种不同组合方式的板式换热器中的换热特性和阻力特性并对此进行比较,得出三种组合方式的优劣。实验结果表明:随着波纹角度的增加,板式换热器的阻力特性不断升高,换热性能则先增加再逐渐下降。综合板式换热器流动换热特性随流速的变化规律,小波纹倾角模型换热效果最差,但其压损最小;大波纹倾角模型换热效果最好,同时压力损失最大;混合板片模型换热效果和压降都介于小波纹倾角模型和大波纹倾角模型中间。     

船用换热器三维流场数值模拟

采用Pro/E软件对闭式机舱淡水海水换热器的三维建模,利用FLUENT软件对该换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,分别以壳程总压降、总传热率、速度这三个方面作为综合衡量标准,分析具有不同折流板弦高、折流板数目的几种淡水海水换热器模型的速度场、温度场和压力场。结果表明：随着折流板数目的增加,壳程流体的压降逐渐升高,出口温度逐渐减小;随着缺口高度的增加,壳程流体的压降明显下降,出口温度也明显增加。     

船用换热器三维流场数值模拟

采用Pro/E软件对闭式机舱淡水海水换热器的三维建模,利用FLUENT软件对该换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,分别以壳程总压降、总传热率、速度这三个方面作为综合衡量标准,分析具有不同折流板弦高、折流板数目的几种淡水海水换热器模型的速度场、温度场和压力场。结果表明:随着折流板数目的增加,壳程流体的压降逐渐升高,出口温度逐渐减小;随着缺口高度的增加,壳程流体的压降明显下降,出口温度也明显增加。     

舰船集成式换热器壳程流场数值模拟

由于受尺寸重量限制,舰船换热器对集成优化设计水平要求较高。为实现这一目标,在设计中经常同时采用数值模拟和试验验证2种方法,特别是数值模拟由于其具有高效、精准和低成本优势,使得其在换热器设计中应用越来越广泛。本文在对某型集成式换热器合理简化基础上,构建了相应的数值分析耦合传热模型,完成了换热器壳程流场和温度场数值仿真,仿真结果显示换热器流动区域中换热比较均匀,折流板强化换热效果显著,但其也相应增加了壳程流动阻力。本文研究为换热器性能进一步提升奠定了良好的技术基础。     

船用滑动轴承冷却性能数值仿真与实验研究

滑动轴承是船舶推进系统的重要组成部件,开展滑动轴承工作性能研究对保证船舶正常运行具有非常重要的意义。本文以某型滑动轴承为研究对象,分别建立滑动轴承冷却盘管流动与换热数值模型以及轴瓦流体润滑数值模型。基于UDF技术将流体润滑模型所得到的轴承摩擦热作为边界条件施加在盘管换热器传热模型中,建立滑动轴承冷却盘管流体传热与滑动轴承轴瓦流体润滑耦合数值模型。基于该耦合模型,对标定转速工况下盘管式换热器换热性能进行分析,并与实验数据进行对比。研究结果表明,所建立的滑动轴承流体换热与流体润滑耦合模型具有较好的计算精度,该盘管式换热系统满足设计要求。     

超临界LNG在印刷板式汽化器微细流道内的流动与换热性能数值研究

以印刷板式汽化器内直径1.5 mm的微细流道为研究对象,应用数值仿真技术手段研究超临界LNG在不同流道弯曲角度的微细流道内的流动与换热特性,重点研究了不同流道弯曲角度对超临界LNG流动换热时的Nu数、表面对流换热系数及压降的影响。研究结果表明:随着流道弯曲角度的增加,超临界LNG出口温度和速度均随之增加,流道弯曲角度为45°时其出口温度较平直流道增加96 K,出口速度约为平直流道出口速度的2.3倍。通过综合分析流道弯曲角度对Nu数、表面传热系数及压降的依变关系发现,超临界LNG在弯曲角度15°的微细流道内具有较优的流动换热特性。     

超临界LNG在新型船用换热器冷通道内流动换热特性研究

本文在新型换热器冷通道内,对超临界状态下LNG的对流换热过程进行数值模拟,分别研究入口温度、入口质量流量和壁面热流密度对超临界甲烷流动与换热特性的影响,提出一种在直通道中加入凹槽结构的强化换热模型。首先采用Ansys Space Claim对换热通道进行几何建模,再使用Siemens STAR-CCM+仿真软件对模型进行网格划分和求解。研究发现：局部对流换热系数随着入口温度的升高有所降低,努塞尔数变化趋势与局部对流换热系数变化趋势大致相同,在斜通道内,超临界LNG具有更好的换热性能;当通道入口质量流量和壁面热流密度增加时,局部对流换热系数也随之增大;凹槽结构对换热器换热性能有较大的提升,对综合性能的提升较小。     

基于VG/VGJ的喷水推进进口流道流动控制方法

平进口喷水推进器的进口流道背部流动分离所导致的喷水推进泵进流畸变,是喷水推进泵性能与推进器性能下降的主要原因。基于涡流发生器（vortex generator, VG）/射流式涡旋发生器（vortex generator jet, VGJ）抑制流动分离的理论,该文选择某型进口流道模型,在低速风洞上进行模型吹风实验,以模拟平进口进水流道内流动。通过测量进口流道壁面压力和喷水推进泵入口面总压分布,解释了VG/VGJ提升推进性能的机理,获得了VG/VGJ结构尺寸和安装位置对流动控制效果的影响规律。在低进速比（IVR=0.5）工况下,布置合理的VG/VGJ能提高进口流道总压恢复系数和喷水推进泵进流面轴向速度均匀度,可以增加近5%的推力。     

强化薄膜蒸发传热研究

对槽板薄膜蒸发传热进行了理论和实验研究,获得了液膜内部的温度场分布和速度场分布,为优化槽板的换热性能提供了一种新的计算方法。     

污垢对地表水换热系统的性能影响

污垢是热的不良导体,污垢热阻的存在,不仅使得换热器传热效率大大降低,还会增加流体的传输能耗,有时甚至会带来生产隐患。运用传热学基本理论,分析了地表水换热系统中污垢对管壳式换热器(水—水,无相变)传热性能的影响变化,并针对一次冷却水系统提出了阻垢对策。     

错列翅片板翅式换热器传热性能数值研究

应用SIMPLE算法对错列翅片板翅式换热器换热表面的流动及传热进行数值模拟,根据数值模拟结果分析了几何参数对流动及传热的影响,研究表明此紧凑式换热器具有良好的换热特性.该研究进一步弄清其换热机理,这无疑极大地改进了错列翅片板翅式换热器的设计方法.     

高压板壳式换热器板片强度分析

针对高压板壳式换热器的耐压问题,建立板壳式换热器耐压核心元件换热板片在高压下的受力计算模型,利用SolidWorks计算模块,对不同型式板片在高压下的应力情况进行数值计算。利用计算结果,设计出1型针对该高压情况的换热板片,形成1台耐高压的板壳式换热器。通过压力试验,验证了该板壳式换热器的耐压性能及所构建理论计算模型的正确性。     

双螺旋折流板换热器最佳螺旋角的研究

为了研究换热器的传热性能与双螺旋折流板换热器的螺旋角的关系，通过建立多个不同螺旋角的管壳式换热器模型，运用数值计算的技术手段对其进行模拟，并对其数值模拟结果进行对比分析。结果表明：双螺旋折流板换热器存在最佳螺旋角使得换热器的换热性能最优。相同换热器结构的条件下，壳程进口流量对双螺旋折流板换热器的最佳螺旋角没有影响。随着壳径的增大，双螺旋折流板式换热器的最佳螺旋角有下降趋势。     

喷水推进组合体组合舵在不同航态下的内部流动数值模拟

喷水推进组合体作为我国独创的一种节能型推进装置,其推进效率、操作性能和变工况适应能力的优势显著,在研制到应用的过程中已得到充分体现。通过调整舵壳及舵板的转动角度实现航态控制,对不同转动角度下的推进组合体各部件及整体进行受力分析,并对不同航态下组合舵的内部流动及尾流场进行分析。结果表明：舵壳和中舵板的同步转动改变了组合舵内部流道的压力和速度分布以及喷口后流体的流动方向,以此控制船舶正航转向;小角度转动时相对转动与同步转动效果相似;通过对中舵板转动角度的调节可控制前后出流方向的流量,中舵板在较大相对转动角度时将使得舵内有效流道面积减小,喷口尾流从舵内偏折并从间隙反向喷出,可控制船舶减速或倒航。     

往复脉动流对板式换热器的性能强化实验研究

首先,搭建了脉动流强化换热实验台架,针对板式换热器,研究了脉动流和稳态流下的换热性能对比,探究了脉动振幅、脉动频率与其换热特性之间的关系。热沉室设计采用3层结构,包括加热铜块、热沉室盖板和热沉室底座,加热铜块表面分别加工为平板流道和周期性矩形凹槽流道。实验结果表明,随着雷诺数的增大,无论稳态流动或是脉动流动下板式换热器的总传热系数均呈现增大现象,换热增强因子呈现逐渐降低的态势,这与热沉室实验中得到的规律基本相同;同时,在各雷诺数条件下,随着脉动频率的增大,换热增强因子出现了先减小后增大的现象,最低值出现在脉动频率0.66 Hz附近,换热增强因子的最大值为1.598,出现在雷诺数3 774、脉动频率0.55 Hz附近。     

船用板式换热器的脉动流强化换热研究

针对板式换热器效率低和易结垢等问题，采用脉动流强化板式换热器。利用数值模拟的方法对脉动流场下板式换热器通道内流体的流动和换热特性进行分析研究，并采用相关试验数据对数值模拟结果进行验证。研究结果表明：船用板式换热器的总传热系数随着质量流量的增加而增加，而强化换热因子则表现为先增加后减小的状态，各脉动频率下的强化换热因子均大于1.000，其最大值为1.258，这表明脉动流的加入有利于提高板式换热器的强化换热效果。同时，利用自主设计的试验台，将试验结果与模拟的努谢尔特数和压降进行对比分析，发现其表现出一致的规律性，最大偏差分别为12%和10.6%。研究结果可为脉动流强化换热的工程应用提供重要参考。     

船用柴油机浸没式排气管冷却性能优化

考虑到特殊船舶对柴油机排气温度要求严格,对柴油机浸没式排气管采用内展翅片形式以提高排气管的传热性能,采用数值模拟方法对浸没式内翅片排气管的流动、换热及阻力特性进行计算,将结果与实验关联式进行对比验证,比较不同翅片数目排气管的传热与流动性能,结果表明,采用内展翅片后,浸没式排气管的换热性能明显提高,努塞尔数为光管的1.2～2.0倍,阻力系数为光管的1.7～2.9倍,10翅、12翅浸没式排气管综合性能较优。     

舰用ICR燃气轮机PSR瞬态响应特性的数值分析

基于能量守恒原理和PSR（一次表面回热器）的结构特点，导出回热器冷热流体和固体问壁非稳态温度变化的微分方程式；利用直观的流动扰动因子M修正传热系数k，研究热流体进口温度和流量发生阶跃变化时PSR的响应时间；还分析了PSR传热波纹板片的数目，1、几何尺寸及通道波纹形状对温度响应时间的影响。研究结果表明，由于PSR的固体壁面时间常数远小于板翅式和管壳式换热器，因此这种轻重结构的先进换热器响应特性明显优于常规热交换器，特别适用于那些要求机动多变、反应灵敏的舰船和车用燃气轮机动力装置。     

无轴轮缘推进器的间隙流动功耗与散热

针对间隙流体的摩擦功耗及其对电机散热的影响问题,利用流体计算软件FLUENT计算不同结构参数和工况参数下间隙内的摩擦扭矩变化,并与经验公式得出的结果进行对比分析,结果显示两者相吻合。对考虑电机发热因素间隙流体的温度场分布进行数值计算,分析不同参数对间隙流体温度分布的影响规律。研究结果表明:轴向和径向间隙尺寸越大,间隙流体摩擦功耗均越大,但增大间隙尺寸对电机散热有利,因此间隙尺寸设计需综合考虑功耗、散热和磁场强度等;间隙尺寸和水流速度等是影响间隙流道温度场分布的关键因素,推进器工作产生的推力导致转子轴向移动,间隙流道功耗随之增加,温度场分布也发生变化。     

翅片套管式冷凝热回收换热器传热特性分析

一种翅片套管式空调冷凝热回收换热器,能同时实现风冷和对空调冷凝热进行回收。通过ANSYS-FLUENT软件对换热器在未进行热回收状态下传热管内部的温度场进行了分析,结果显示换热器内管中的流体温度随着夹层管中制冷的剂温度变化而变化,换热器传热管内管中的流体及内管结构不会减弱空气对夹层管内制冷剂的冷却效果;使用了MATLAB对风冷、水冷两种途径的传热情况进行了计算分析,发现随着内管中水速的增加,风速逐渐减小,风机功耗降低。因此,该热回收换热器具有可行性和很高的实用价值。