板壳式换热器传热性能研究及结构优化

发布时间：2017-04-15 07:14

  本文关键词：板壳式换热器传热性能研究及结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文研究的板壳式换热器兼有板式换热器传热效率高和管壳式换热器承压性能好的优点，在石油化工行业得到越来越广泛的应用。 论文采用Fluent软件，以水为工作介质，分别对板壳式换热器的板程和壳程进行了数值模拟研究，研究了蜂窝板结构的板壳式换热器板程与壳程间流体的流动与传热。对于板程，探讨了蜂窝高度（H），蜂窝间距（L）、焊点直径（D）以及焊点排列方式对蜂窝板传热与阻力性能的影响，同时对比分析了4种不同类型的换热板片；对于壳程，研究折流板设置、折流板间距、板束放置形式、板束截面形式对壳程传热与阻力性能的影响，并通过与相关文献结果对比，验证了数值模拟的准确性。论文得出的结论如下： （1）对比分析4种不同类型的换热板片，蜂窝板综合性能最好，综合性能指标η比平板、直流道交错流波纹板以及鼓泡板分别平均提高了24.31%，40.48%，50.27%。 （2）蜂窝焊点正三角形排列形式的蜂窝板传热系数比正菱形与正方形的分别平均提高了12.54%，16.15%，压降分别平均提高了48.57%，37.06%。综合性能方面，正菱形的比正三角形和正方形的平均提高了1.39%，5.27%。 （3）H是影响传热性能、阻力性能和综合性能的最主要因素，L次之，D影响最不明显。H越大，D越小，，L越大的结构参数搭配能获得较高的综合性能。在正交试验设计中的9种蜂窝板，蜂窝板3的综合性能最好。 （4）利用Origin数据处理软件对蜂窝板传热与阻力性能关联式进行回归分析，得出板内介质为水，正三角形焊点排列方式下蜂窝板Nu和f关联式。 （5）在板壳式换热器壳程内设置折流板对壳程传热系数以及压降的影响明显，而折流板间距的改变对其影响较小。竖直放置的板束形式，传热系数比水平放置的板束形式平均提高了4.31%，压降平均降低了27.16%，单位压降下的壳程传热系数平均提高了43.25%；圆形截面的板束形式比方形截面的板束形式壳程传热系数平均提高了37.57%，压降平均提高了18%，单位压降下的壳程传热系数平均提高了15.59%。
【关键词】：板壳式换热器 数值模拟 正交试验设计 蜂窝板
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 板壳式换热器研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外板壳式换热器的研究进展12-16
• 1.2.1 板壳式换热器的研究与应用12-15
• 1.2.2 传热与阻力性能的研究进展15-16
• 1.3 激光焊接蜂窝板介绍16-17
• 1.3.1 激光焊接蜂窝板的优点16-17
• 1.3.2 激光焊接蜂窝板的研究进展17
• 1.4 强化传热评价方法17-19
• 1.4.1 强化传热系数法18
• 1.4.2 单位阻力传热性能因子法18-19
• 1.5 本课题的研究内容19-21
• 第二章 数值模拟基本理论及方法21-28
• 2.1 传热概述21-22
• 2.1.1 传热的基本方式21
• 2.1.2 对流传热21-22
• 2.1.3 传热问题的研究方法22
• 2.2 传热与阻力理论计算22-24
• 2.2.1 传热方程式22-23
• 2.2.2 热平衡方程式23
• 2.2.3 特征常数23-24
• 2.2.4 特征关联式的形式24
• 2.3 数值模拟理论基础24-27
• 2.3.1 流体与传热基本方程24-25
• 2.3.2 湍流方程模型简介25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 板壳式换热器板程流动与传热分析28-41
• 3.1 几何模型28-30
• 3.1.1 模型的结构参数28
• 3.1.2 建模与网格划分28-30
• 3.2 模型求解方案的确定30-31
• 3.2.1 流体材料的选择30
• 3.2.2 边界条件的设置30
• 3.2.3 求解方案的确定30-31
• 3.3 蜂窝板内流体流动与传热分析31-34
• 3.4 不同类型换热板片的对比分析34-39
• 3.4.1 模型结构参数34-35
• 3.4.2 数值模拟结果分析35-37
• 3.4.3 模拟结果的比较与分析37-39
• 3.5 板程数值模拟结果的准确性验证39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 蜂窝板结构参数的影响分析41-53
• 4.1 不同焊点排列方式对传热与阻力性能的影响41-45
• 4.1.1 数值模拟结果分析41-43
• 4.1.2 模拟结果的比较与分析43-45
• 4.2 不同结构参数对传热与阻力性能的影响45-48
• 4.2.1 正交试验设计45-46
• 4.2.2 模拟结果的比较与分析46-48
• 4.3 正交试验设计结果分析48-51
• 4.3.1 极差分析48-50
• 4.3.2 方差分析50-51
• 4.4 蜂窝板传热与阻力性能关联式的回归分析51
• 4.5 本章小结51-53
• 第五章 板壳式换热器壳程流动与传热分析53-70
• 5.1 模型的结构参数53-55
• 5.1.2 建模与网格划分54-55
• 5.1.3 边界条件的设置55
• 5.2 模型求解方案的确定55-56
• 5.3 数值模拟结果的分析56-59
• 5.3.1 速度场分布56-58
• 5.3.2 温度场分布58-59
• 5.3.3 压力场分布59
• 5.4 模拟结果的比较与讨论59-67
• 5.4.1 折流板设置对换热器壳程传热与阻力性能的影响59-62
• 5.4.2 板束放置形式对换热器壳程传热与阻力性能的影响62-64
• 5.4.3 板束截面形式对换热器壳程传热与阻力性能的影响64-67
• 5.5 壳程数值模拟结果的准确性验证67-68
• 5.6 本章小结68-70
• 结论与展望70-72
• 结论70-71
• 展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 答辩委员会对论文的评定意见78

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本文编号：307909