夹套式热管传热特性实验研究及其换热器壳程流场数值模拟

发布时间：2017-03-07 13:43

  本文关键词：夹套式热管换热器多场数值模拟与优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中南大学》 2009年

夹套式热管传热特性实验研究及其换热器壳程流场数值模拟

许欣  

【摘要】： 以热管作为传热元件的热管换热器具有传热效率高、压力损失小、工作性能可靠、结构紧凑等优点。但传统的热管换热器存在低温露点腐蚀的严重问题。本文针对新型的可应用于低温系统余热回收领域的夹套式热管及其换热器进行了深入研究,主要完成了以下工作: 进行了热管传热特性实验研究,分析了不同热流密度下热管径向、轴向外壁温度的分布。计算了不同充液率条件下热管的传热系数,并根据最小二乘法原理,推导出了热管传热系数与充液率及热流密度的实验关联式。经误差分析,传热系数的系统误差不超过±9.21%。 以计算流体力学软件FLUENT为平台,采用多孔介质模型对夹套式热管换热器壳程流场进行三维数值模拟研究。研究发现静压沿烟气流动方向近似呈线性分布,且总压降随着烟气入口流速的增加而增大。采用三种不同的分布阻力关系式进行模拟的计算结果趋势相同,其中Taborek关系式模拟结果与理论计算结果相对误差不超过8%。 为了弥补多孔介质模型不能描述换热器局部详细信息的不足,采用实体模型对夹套式热管换热器的代表性单元进行模拟计算,其计算结果与理论计算结果相对误差为5.4%。 分析了不同的结构参数对换热器压降的影响。综合考虑加工、安装、运行等因素,认为换热器翅片高度应小于26.5mm,翅片间距应大于6.5mm,热管横向间距应介于108～111mm之间,热管纵向间距应介于120～125mm之间。

【关键词】：
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK172
【目录】：

摘要4-5

ABSTRACT5-7

目录7-9

符号说明9-10

第一章 绪论10-21

1.1 热管概述10-14

1.1.1 热管的工作原理及分类10-11

1.1.2 热管的应用与研究现状11-12

1.1.3 夹套式热管的结构及特点12-14

1.2 热管换热器概述14-19

1.2.1 热管换热器应用与研究现状14-16

1.2.2 热管换热器的酸露点腐蚀问题16-17

1.2.3 夹套式热管换热器的结构及特点17-19

1.3 课题的基本情况19-21

1.3.1 课题研究背景19-20

1.3.2 课题来源及主要研究内容20-21

第二章 夹套式热管传热性能实验研究21-34

2.1 实验系统设计21-25

2.1.1 加热及冷却系统21-22

2.1.2 测量系统22-23

2.1.3 保温系统23-24

2.1.4 实验步骤24-25

2.2 实验结果与分析25-33

2.2.1 传热系数计算25-26

2.2.2 实验结果分析26-30

2.2.3 传热系数实验关联式30-32

2.2.4 误差分析32

2.2.5 实验中特殊现象分析32-33

2.3 本章小结33-34

第三章 夹套式热管换热器壳程流场整体数值模拟34-50

3.1 烟气参数现场测试34

3.2 数值计算34-41

3.2.1 计算模型34-39

3.2.2 计算区域39

3.2.3 计算区域的离散化39-40

3.2.4 边界条件40-41

3.3 数值模拟结果分析41-49

3.3.1 Zhang关系式模拟结果41-43

3.3.2 Al-sanea关系式模拟结果分析43-45

3.3.3 Taborek关系式模拟结果分析45-47

3.3.4 模拟计算值与理论计算值的比较47-49

3.3.5 误差分析49

3.4 本章小结49-50

第四章 夹套式热管换热器壳程流场局部数值模拟50-59

4.1 数值计算50-52

4.1.1 计算模型50

4.1.2 计算区域50-51

4.1.3 计算区域的离散化51-52

4.1.4 边界条件52

4.2 数值模拟结果分析52-55

4.2.1 静压分布52-53

4.2.2 速度矢量分布53-55

4.2.3 模拟计算值与理论计算值比较55

4.3 换热器结构参数对压降的影响55-57

4.3.1 翅片高度55-56

4.3.2 翅片间距56

4.3.3 热管横向间距56-57

4.3.4 热管纵向间距57

4.4 本章小结57-59

第五章 结论及建议59-61

5.1 结论59

5.2 建议59-61

参考文献61-65

附录65-66

发表论文和参加科研情况66-67

致谢67

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