低温翅片管换热器的设计计算研究

发布时间：2017-04-03 19:05

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【摘要】：换热器广泛应用于石油、化工、电力及能源等工业领域。本文以低温领域应用较广的翅片管换热器为研究对象,对低温换热器的设计计算进行研究。通过设计星型翅片管气化器以及实验验证得出了新的设计方案。 首先对翅片的稳态导热和非稳态导热进行了简要分析,归纳了相应的计算式。再对管内对流换热进行了深入分析,把低温流体在翅片管内吸热气化的过程分为单相液体对流换热、气液两相对流换热、缺液区换热及单相气体的对流换热四个过程,从而将气化器的设计计算分为四个部分来考虑,这样便于选用适用性强、准确度高的关联式,使气化器的设计更加合理准确。 对一给定基本设计参数的翅片管气化器进行了设计,设计的目标是计算翅片管的长度。本文采用分段计算原理,以试算法为基础,选用各段合适的准则关联式,完成气化器的稳态传热设计。由于气化器工作时实际上大部分时间都是处于非稳态换热,故将换热过程视为稳态时计算得出的翅片管长度为最大值。然后采用非稳态简化模型进行计算,尽管气化器工作时大部分时间都是处于非稳态换热,但由试验分析得出经过一段不太长的时间后翅片管某固定截面处温度会趋于稳定值,即整个气化器的换热可以认为是稳定的,故用非稳态算法得出的是设计的下限值。 由于稳态传热更符合气化器的实际工作情况,则以稳态计算结果为依据,参考非稳态计算结果对设计值作出减小35%的修正,完成气化器的设计。最后通过试验证明该设计方法切实可行。设计的气化器可以满足工作要求,同时也不使设计值过于保守,节约了材料,减少了投资。 通过实例设计,确定了各段设计都可以将翅片管的导热热阻忽略,同时压降不大时,流体物性变化可以忽略,从而使设计大大简化,为同类换热器的设计提供了参考和依据。
【关键词】：低温换热器 翅片管气化器 设计 稳态 非稳态 气液两相
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 工业背景11
• 1.2 换热器国内外现况综述11-13
• 1.2.1 换热器的分类和特点11-12
• 1.2.2 国内外研究发展状况12
• 1.2.3 换热器研究及发展动向12-13
• 1.3 换热器研究的意义13
• 1.4 本课题研究的翅片管换热器概述13-17
• 1.4.1 翅片管换热器简介13-15
• 1.4.2 低温系统中翅片管气化器的应用15-17
• 1.5 本课题研究的主要内容及意义17-18
• 1.5.1 本课题研究的主要内容17
• 1.5.2 本课题研究的意义17-18
• 第二章 翅片的导热分析18-25
• 2.1 等截面直肋(翅)的稳态导热分析18-21
• 2.1.1 矩形肋(翅)片稳态导热分析18-20
• 2.1.2 肋(翅)片效率20-21
• 2.2 等截面直肋(翅)的非稳态导热分析21-25
• 2.2.1 非稳态导热的基本概念21-22
• 2.2.2 非稳态导热的数学模型22-23
• 2.2.3 集总参数法23-25
• 第三章 两相流与对流沸腾换热25-46
• 3.1 两相流概论25-26
• 3.2 气液两相流的流型26-29
• 3.2.1 垂直上升管中气液两相流流型26-27
• 3.2.2 垂直下降管中气液两相流流型27-28
• 3.2.3 水平管中气液两相流流型28-29
• 3.3 管内沸腾流型与传热关系图29-31
• 3.4 对流换热计算关联式31-43
• 3.4.1 单相流体对流换热关联式31-34
• 3.4.2 管内流体沸腾换热关联式34-43
• 3.5 管内对流换热压降计算43-46
• 第四章 设计计算实例46-68
• 4.1 设计计算初始条件46-47
• 4.1.1 系统工作流程46-47
• 4.1.2 流程采用的各设备参数47
• 4.1.3 翅片管相关参数计算47
• 4.2 设计计算分区与计算程序47-48
• 4.2.1 计算分区47-48
• 4.2.2 计算程序流程图48
• 4.3 单相液体对流换热区计算48-54
• 4.3.1 液氩与翅片管内壁的对流换热系数计算48-49
• 4.3.2 空气侧自然对流换热系数α_0计算49-51
• 4.3.3 传热系数的计算51
• 4.3.4 换热量计算及壁温校核51-52
• 4.3.5 重设壁温试算52-53
• 4.3.6 翅片管总长度计算53-54
• 4.3.7 管内压降计算54
• 4.3.8 小结54
• 4.4 气液两相对流沸腾换热区54-60
• 4.4.1 汽泡状沸腾换热54-58
• 4.4.2 液膜的强制对流换热区58-60
• 4.4.3 气液两相换热区总参数60
• 4.5 缺液区计算60-62
• 4.5.1 缺液区翅片管长计算60-61
• 4.5.2 缺液区压降计算61-62
• 4.6 过热区计算62-64
• 4.6.1 氩气对流换热系数计算62
• 4.6.2 空气侧自然对流换热系数α_0计算62-63
• 4.6.3 翅片管总长度计算63-64
• 4.6.4 管内压降计算64
• 4.7 气化器设计总结64-65
• 4.7.1 气化器总体结构64
• 4.7.2 气化器设计小结64-65
• 4.8 气化器非稳态设计计算65-67
• 4.8.1 非稳态计算假设65
• 4.8.2 非稳态时管内流体与管壁的对流换热系数计算65-66
• 4.8.3 非稳态换热所需翅片管根数计算66-67
• 4.8.4 非稳态气化器结构67
• 4.9 气化器设计计算综合结果67
• 4.10 气化器设计计算总结67-68
• 第五章 翅片管气化器试验及设计结论分析68-75
• 5.1 试验装置及主要过程68
• 5.1.1 试验装置流程68
• 5.1.2 试验过程简介68
• 5.2 试验结果及分析68-72
• 5.2.1 试验测试所得数据68-70
• 5.2.2 温度变化曲线70-72
• 5.3 试验结果分析72-73
• 5.4 试验结论73
• 5.5 设计计算与试验误差分析73
• 5.6 气化器设计计算结论73-75
• 结论75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录80-81
• 附录B 计算程序81-82

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 夏凯;汽车发动机废气余热热电转换装置结构优化设计[D];武汉理工大学;2011年

2 杨聪聪;LNG空温式气化器换热计算研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 孙星;新型自洁净式矿用空冷器的研发与应用[D];山东科技大学;2011年

4 樊传路;化学回热循环系统仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

5 李影;基于汽车尾气余热回收的温差发电研究[D];电子科技大学;2010年

6 韩宏茵;深冷翅片管气化器管内相变换热研究[D];兰州理工大学;2012年

7 杨恒;低温烟气余热利用的换热除尘一体化技术研究[D];武汉科技大学;2012年

8 李超;LNG动力船舶储罐选型设计及稳压过程研究[D];大连海事大学;2013年

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本文编号：284812