析湿工况带涡发生器的管翅式换热器热质传递特性及其结构优化研究
发布时间：2021-04-26 23:04
能源需求水平刚性增长趋势下,有效降低能源消耗总量和提高能源利用率已成为促进国民经济可持续发展的重要途径之一。管翅式换热器凭借结构紧凑、易于制造、运维方便等优势在空调制冷、石油化工、交通运输和冶金领域得到了广泛应用。空调系统在实际运行过程中换热器的空气侧普遍存在析湿现象,凝结液的析出过程及运动特性直接影响着换热器的传热与阻力性能,并造成换热器腐蚀及带来诸多卫生问题。本文利用三角小翼式涡发生器对铜质错排圆管管翅式换热器进行强化换热,重点对析湿工况下带涡发生器的圆管管翅式换热器热质传递特性及其结构优化进行一系列研究。首先,本文采用结构化网格技术对不同翼高和攻击角结构参数涡发生器的圆管管翅式换热器建立了数值传热模型,对其网格系统进行了独立性验证。模拟结果对比实验验证的平均努塞尔特数和阻力系数在干工况下的最大相对误差分别为16.15%和9.3%,在析湿工况下的平均误差分别为15.35%和10.55%。其次,本文运用所构建的传热模型,在析湿工况下,对带三角小翼式涡发生器的圆管管翅式换热器热质传递与阻力特性进行研究。研究结果表明,以涡发生器翼高H=2.00mm和攻击角θ=45°时为例,在入口空气流速...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 平直翅片管翅式换热器热质传递特性的实验研究
1.2.2 平直翅片管翅式换热器热质传递特性的数值研究
1.2.3 涡发生器强化换热及其结构优化的实验与数值研究
1.3 目前存在的问题
1.4 本文工作
1.5 本文技术路线
2 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器传热模型的构建
2.1 物理模型
2.1.1 模型计算区域选取
2.1.2 模型的基本假设
2.2 模型网格系统及独立性验证
2.2.1 模拟软件的选取
2.2.2 模型网格系统
2.2.3 网格系统独立性验证
2.3 数值传热模型
2.3.1 模型控制方程与求解方法
2.3.2 模型边界条件
2.4 数值方法正确性验证
2.4.1 干工况数值方法正确性验证
2.4.2 析湿工况数值方法正确性验证
2.5 数据处理与评价指标
2.5.1 实验数据处理与评价指标
2.5.2 数值模拟数据处理与评价指标
2.6 本章小结
3 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器热质传递与阻力特性
3.1 运行工况对换热器热质传递特性的影响
3.1.1 不同工况翅片表面与换热通道内温度场分析
3.1.2 不同工况换热量对比
3.1.3 不同工况对流换热系数对比
3.1.4 不同工况翅片效率对比
3.1.5 不同工况平均努塞尔特数对比
3.2 运行工况对换热器阻力特性的影响
3.2.1 不同工况换热通道内速度场与压力场分析
3.2.2 不同工况压降对比
3.2.3 不同工况阻力系数对比
3.3 涡发生器对换热器热质传递与阻力特性的影响
3.3.1 涡发生器对换热器热质传递特性的影响
3.3.2 涡发生器对换热器阻力特性的影响
3.4 运行工况对换热器综合换热性能的影响
3.5 本章小结
4 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器析湿特性
4.1 换热通道内凝结液生成与生长特性分析
4.2 空气流速对换热器析湿特性的影响
4.2.1 空气流速对凝结液几何形貌与分布特性的影响
4.2.2 空气流速对换热器析湿性能的影响
4.3 空气相对湿度对换热器析湿特性的影响
4.3.1 空气相对湿度对凝结液几何形貌与分布特性的影响
4.3.2 空气相对湿度对换热器析湿性能的影响
4.4 涡发生器对换热器析湿特性的影响
4.4.1 涡发生器对凝结液几何形貌与分布特性的影响
4.4.2 涡发生器对换热器析湿性能的影响
4.5 本章小结
5 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器结构优化
5.1 涡发生器翼高对换热器性能的影响
5.1.1 涡发生器翼高对换热器热质传递与阻力特性的影响
5.1.2 涡发生器翼高对换热器析湿特性的影响
5.2 涡发生器攻击角对换热器性能的影响
5.2.1 涡发生器攻击角对换热器热质传递与阻力特性的影响
5.2.2 涡发生器攻击角对换热器析湿特性的影响
5.3 基于综合换热性能的较优结构确定
5.4 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
附录 A 符号说明
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水表面黏附性对冷凝传热的影响[J]. 周儒鸿,纪献兵,孔庆盼,郭浩,徐进良. 中南大学学报(自然科学版). 2020(02)
[2]H型翅片管湿烟气对流冷凝传热的数值模拟研究[J]. 何洋,王利民,唐春丽,车得福. 化工学报. 2019(12)
[3]进风角度对椭圆管翅式换热器传热性能影响[J]. 唐凌虹,杜雪平,曾敏. 化工学报. 2019(S2)
[4]析湿工况下翅片材质对管翅式换热器性能影响的实验研究[J]. 胡万玲,姜林秀,张程,王丽,管勇,王良璧. 工程热物理学报. 2019(07)
[5]螺旋扁管折流杆换热器壳侧性能多目标优化研究[J]. 王斯民,孙利娟,宋晨,张早校,文键. 化工学报. 2019(09)
[6]涡发生器矩形通道内流动换热性能[J]. 唐凌虹,曾敏. 中国科学院大学学报. 2018(02)
[7]低气压下平直翅片管换热器空气侧刘易斯因子的实验研究[J]. 刘旗,柳建华,徐小进,张良. 热能动力工程. 2018(02)
[8]舞动的液滴:界面现象与过程调控[J]. 马学虎,兰忠,王凯,陈彦松,程雅琦,杜宾港,叶轩. 化工学报. 2018(01)
[9]蒸发式空冷器低密度翅片管束干工况换热及阻力特性[J]. 张庆,王学生,阮伟程,孟祥宇,陈琴珠. 华东理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[10]圆管管翅式换热器耦合传热数值方法研究[J]. 苏梅,王良璧. 兰州交通大学学报. 2017(04)
博士论文
[1]单排翅片管传热传质的模型与数值计算研究[D]. 邓慧.华北电力大学(北京) 2016
[2]析湿工况下换热器翅片表面冷凝液滴行为的数值模拟与实验验证[D]. 庄大伟.上海交通大学 2015
[3]空调蒸发器空气侧特性及系统制冷剂分布[D]. 马小魁.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]基于场协同理论的翅片管蒸发器管外强化换热研究[D]. 陈洁璐.华中科技大学 2017
[2]翅片管换热器强化传热与流阻性能分析及结构优化[D]. 魏双.浙江大学 2016
[3]湿空气流经平翅片管表面传热传质的数值研究[D]. 王琳.大连理工大学 2016
[4]基于优化算法的板翅式换热器性能研究[D]. 胡沛.南京航空航天大学 2016
[5]湿工况下平直翅片管换热器空气侧传热传质特性研究[D]. 邹媛媛.大连理工大学 2014
[6]不同材料翅片管换热器性能的数值模拟研究[D]. 李俊华.广州大学 2014
[7]湿空气流过冷翅片表面析出液滴过程的热质传递数值仿真[D]. 熊伟.上海交通大学 2013
[8]翅片管换热器传热及压降特性的测试方法与实验研究[D]. 杜雪伟.上海交通大学 2008
本文编号：3162283
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 平直翅片管翅式换热器热质传递特性的实验研究
1.2.2 平直翅片管翅式换热器热质传递特性的数值研究
1.2.3 涡发生器强化换热及其结构优化的实验与数值研究
1.3 目前存在的问题
1.4 本文工作
1.5 本文技术路线
2 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器传热模型的构建
2.1 物理模型
2.1.1 模型计算区域选取
2.1.2 模型的基本假设
2.2 模型网格系统及独立性验证
2.2.1 模拟软件的选取
2.2.2 模型网格系统
2.2.3 网格系统独立性验证
2.3 数值传热模型
2.3.1 模型控制方程与求解方法
2.3.2 模型边界条件
2.4 数值方法正确性验证
2.4.1 干工况数值方法正确性验证
2.4.2 析湿工况数值方法正确性验证
2.5 数据处理与评价指标
2.5.1 实验数据处理与评价指标
2.5.2 数值模拟数据处理与评价指标
2.6 本章小结
3 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器热质传递与阻力特性
3.1 运行工况对换热器热质传递特性的影响
3.1.1 不同工况翅片表面与换热通道内温度场分析
3.1.2 不同工况换热量对比
3.1.3 不同工况对流换热系数对比
3.1.4 不同工况翅片效率对比
3.1.5 不同工况平均努塞尔特数对比
3.2 运行工况对换热器阻力特性的影响
3.2.1 不同工况换热通道内速度场与压力场分析
3.2.2 不同工况压降对比
3.2.3 不同工况阻力系数对比
3.3 涡发生器对换热器热质传递与阻力特性的影响
3.3.1 涡发生器对换热器热质传递特性的影响
3.3.2 涡发生器对换热器阻力特性的影响
3.4 运行工况对换热器综合换热性能的影响
3.5 本章小结
4 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器析湿特性
4.1 换热通道内凝结液生成与生长特性分析
4.2 空气流速对换热器析湿特性的影响
4.2.1 空气流速对凝结液几何形貌与分布特性的影响
4.2.2 空气流速对换热器析湿性能的影响
4.3 空气相对湿度对换热器析湿特性的影响
4.3.1 空气相对湿度对凝结液几何形貌与分布特性的影响
4.3.2 空气相对湿度对换热器析湿性能的影响
4.4 涡发生器对换热器析湿特性的影响
4.4.1 涡发生器对凝结液几何形貌与分布特性的影响
4.4.2 涡发生器对换热器析湿性能的影响
4.5 本章小结
5 析湿工况带涡发生器的圆管管翅式换热器结构优化
5.1 涡发生器翼高对换热器性能的影响
5.1.1 涡发生器翼高对换热器热质传递与阻力特性的影响
5.1.2 涡发生器翼高对换热器析湿特性的影响
5.2 涡发生器攻击角对换热器性能的影响
5.2.1 涡发生器攻击角对换热器热质传递与阻力特性的影响
5.2.2 涡发生器攻击角对换热器析湿特性的影响
5.3 基于综合换热性能的较优结构确定
5.4 本章小结
结论与展望
致谢
参考文献
附录 A 符号说明
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水表面黏附性对冷凝传热的影响[J]. 周儒鸿,纪献兵,孔庆盼,郭浩,徐进良. 中南大学学报(自然科学版). 2020(02)
[2]H型翅片管湿烟气对流冷凝传热的数值模拟研究[J]. 何洋,王利民,唐春丽,车得福. 化工学报. 2019(12)
[3]进风角度对椭圆管翅式换热器传热性能影响[J]. 唐凌虹,杜雪平,曾敏. 化工学报. 2019(S2)
[4]析湿工况下翅片材质对管翅式换热器性能影响的实验研究[J]. 胡万玲,姜林秀,张程,王丽,管勇,王良璧. 工程热物理学报. 2019(07)
[5]螺旋扁管折流杆换热器壳侧性能多目标优化研究[J]. 王斯民,孙利娟,宋晨,张早校,文键. 化工学报. 2019(09)
[6]涡发生器矩形通道内流动换热性能[J]. 唐凌虹,曾敏. 中国科学院大学学报. 2018(02)
[7]低气压下平直翅片管换热器空气侧刘易斯因子的实验研究[J]. 刘旗,柳建华,徐小进,张良. 热能动力工程. 2018(02)
[8]舞动的液滴:界面现象与过程调控[J]. 马学虎,兰忠,王凯,陈彦松,程雅琦,杜宾港,叶轩. 化工学报. 2018(01)
[9]蒸发式空冷器低密度翅片管束干工况换热及阻力特性[J]. 张庆,王学生,阮伟程,孟祥宇,陈琴珠. 华东理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[10]圆管管翅式换热器耦合传热数值方法研究[J]. 苏梅,王良璧. 兰州交通大学学报. 2017(04)
博士论文
[1]单排翅片管传热传质的模型与数值计算研究[D]. 邓慧.华北电力大学(北京) 2016
[2]析湿工况下换热器翅片表面冷凝液滴行为的数值模拟与实验验证[D]. 庄大伟.上海交通大学 2015
[3]空调蒸发器空气侧特性及系统制冷剂分布[D]. 马小魁.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]基于场协同理论的翅片管蒸发器管外强化换热研究[D]. 陈洁璐.华中科技大学 2017
[2]翅片管换热器强化传热与流阻性能分析及结构优化[D]. 魏双.浙江大学 2016
[3]湿空气流经平翅片管表面传热传质的数值研究[D]. 王琳.大连理工大学 2016
[4]基于优化算法的板翅式换热器性能研究[D]. 胡沛.南京航空航天大学 2016
[5]湿工况下平直翅片管换热器空气侧传热传质特性研究[D]. 邹媛媛.大连理工大学 2014
[6]不同材料翅片管换热器性能的数值模拟研究[D]. 李俊华.广州大学 2014
[7]湿空气流过冷翅片表面析出液滴过程的热质传递数值仿真[D]. 熊伟.上海交通大学 2013
[8]翅片管换热器传热及压降特性的测试方法与实验研究[D]. 杜雪伟.上海交通大学 2008
本文编号：3162283
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