同轴体组合换热器结构设计及热耦合分析

发布时间：2021-05-26 10:23

　　换热器是工业传热过程必不可少的工艺设备,在机械、化工、冶金等行业有着广泛的应用。传统的单弓形管壳式换热器存在换热效率低、易结垢和抗压能力差等缺点,很难适应目前化工、冶金和机械等行业的生产需要。因此,为了适应行业的发展,需要开发一种新型换热器。随着对换热器强化传热和计算水平的发展,换热器被不断地改进和发展。本文根据管壳式换热器和螺旋结构的特点,提出了一种新型同轴体组合换热器结构。在对该换热器进行结构设计的基础上,采用数值模拟和实验相结合的手段研究了同轴体组合换热器的换热特性,并研究了不同的同轴换热体结构对换热特性的影响。最后,对文中提出的同轴体组合换热器与某焦化厂现有螺旋板换热器的换热特性进行了对比实验研究。本文主要的研究内容如下:（1）在分析了传统单弓形管壳式换热器换热效率低和易结垢的基础上,结合螺旋板式换热器的结构优点,提出同轴装配多层换热管的同轴体组合换热器的概念,并对单个同轴换热体、壳体、封头、管板和支撑板等结构进行设计,并完成了同轴体组合换热器换热面积的校核。（2）建立了同轴体组合换热器的结构模型和流体模型,采用松耦合的方法对其进行热耦合分析,分析了同轴体组合换热器的流场结构和... 

【文章来源】：安徽工业大学安徽省

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 本课题的研究背景及意义
    1.2 国内外换热器的发展及研究现状
        1.2.1 换热器的类型
        1.2.2 换热器热耦合问题的国内外研究现状
    1.3 本文的主要研究内容及技术路线
第二章 同轴体组合换热器结构设计
    2.1 换热器的换热面积设计计算
        2.1.1 传热方程式
        2.1.2 热平衡方程式
        2.1.3 平均温差法
        2.1.4 设计计算中温度的限制条件
        2.1.5 换热面积计算
    2.2 同轴体换热器结构设计与结构参数的选择
        2.2.1 单个同轴换热体结构设计
        2.2.2 同轴体组合换热器壳体和封头的设计
        2.2.3 同轴换热体的排列形式
        2.2.4 管板设计
        2.2.5 支撑板设计
        2.2.6 进出口接管设计
    2.3 壳体与管板、支撑板和同轴换热体的连接
        2.3.1 壳体与管板、支撑板的连接
        2.3.3 同轴换热体与管板、支撑板的连接
    2.4 换热面积校验
        2.4.1 所设计的同轴体组合换热器壳体面积
        2.4.2 所设计的同轴体组合换热器接管面积：
        2.4.3 所设计的同轴体组合换热器封头面积
        2.4.4 所设计的同轴体组合换热器的同轴换热体面积
        2.4.5 螺旋带钢的面积
    2.5 同轴体组合换热器组装
    2.6 本章小结
第三章 同轴体组合换热器热耦合分析
    3.1 计算流体动力学
        3.1.1 流体力学理论和方法
        3.1.2 流体力学控制方程
    3.2 固体导热理论
    3.3 热耦合方法介绍
    3.4 热耦合方法验证
        3.4.1 算例描述
    3.5 同轴体组合换热器热耦合分析
        3.5.1 同轴体组合换热器三维模型的建立
        3.5.2 同轴体组合换热器模型网格划分及无关性验证
        3.5.3 湍流模型的选择
        3.5.4 边界条件的设置
    3.6 同轴体组合换热器温度分析
        3.6.1 同轴体组合换热器截面温度分析
        3.6.2 同轴换热体温度分析
    3.7 同轴体组合换热器内压力损失分析
    3.8 同轴体组合换热器不同工况下的数值模拟分析
    3.9 本章小结
第四章 同轴换热体的结构改进与影响分析
    4.1 同轴换热体性能评价指标的分析及确定
        4.1.1 最小熵产法
        4.1.2 场协同理论
        4.1.3 JF因子
        4.1.4 评价指标确定
    4.2 同轴换热体结构影响因素分析
        4.2.1 同轴换热体内螺旋带钢绕向对换热特性的影响
        4.2.2 螺旋带钢不同拉伸长度对换热性能的影响
        4.2.3 同轴换热体管径变化对换热性能的影响
    4.3 本章小结
第五章 同轴体组合换热器实验分析
    5.1 实验系统介绍
    5.2 实验用换热器及相关器材介绍
        5.2.1 实验用换热器
        5.2.2 实验用仪表
        5.2.3 冷水机
    5.3 实验结果分析
        5.3.1 实验数据分析方法
        5.3.2 实验数据处理与分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]含螺旋体的双层换热管换热特性数值分析[J]. 王闪,胡晓磊,孙东德,李振东,谢能刚.  长江大学学报(自科版). 2017(17)
[2]换热器在炼化行业的应用进展[J]. 曾庆峰,魏翔,赵金海,郭彦,龚燕,刘富余,李向进,于型伟.  石油石化节能. 2017(04)
[3]大型管壳式换热器热-结构耦合场数值模拟研究[J]. 舒志君,姜孝旺,刘云艳.  机械工程师. 2013(07)
[4]熔盐在螺旋槽管和横纹管内强化传热特性[J]. 沈向阳,陆建峰,丁静,杨建平.  工程热物理学报. 2013(06)
[5]高温换热器多场耦合数值模拟研究[J]. 王尊策,何宝林,韩建荒,李森,李君书.  化工机械. 2013(02)
[6]管壳式换热器流体流动与耦合传热的数值模拟[J]. 付磊,唐克伦,文华斌,王维慧,付伶.  化工进展. 2012(11)
[7]换热器的防振设计[J]. 穆钰君,郭红红,张晓丽,户秋义,贺克农.  化工设备与管道. 2012(04)
[8]基于计算流体力学热流固耦合仿真的换热器折流板结构优化[J]. 张仂,谷芳.  石油化工. 2012(06)
[9]管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟[J]. 付磊,曾燚林,唐克伦,贾海洋.  压力容器. 2012(05)
[10]基于Fluent的夹套式热管热交换器的数值模拟[J]. 仲崇宝,周长茂,孙铁,张素香,王紫光.  石油化工设备. 2012(02)

博士论文
[1]换热器复杂流道中的强化传热研究[D]. 焦凤.华南理工大学 2013
[2]管壳式换热器中单相流体强化传热的数值模拟和实验研究[D]. 游永华.华中科技大学 2013
[3]换热管及内外流体多场耦合数值分析方法研究[D]. 张强.东北石油大学 2011

硕士论文
[1]螺旋折流板换热器强化传热性能研究及新型折流板结构优化[D]. 许伟峰.郑州大学 2016
[2]微通道散热器流道优化与传热性能研究[D]. 蔡奇彧.电子科技大学 2015
[3]低温工业废水余热提取技术研究[D]. 张传龙.天津大学 2014
[4]热管换热器内温度场和流场数值模拟及分析[D]. 杨郁满.辽宁石油化工大学 2014
[5]太阳能热水器系统蛇管式换热器仿真分析[D]. 卢其兵.武汉理工大学 2011
[6]翅片管换热器传热特性的数值模拟研究[D]. 罗亮.中南大学 2010
[7]管壳式换热器的数值模拟及优化设计[D]. 高绪栋.山东大学 2009
[8]工业烟气余热回收利用方案优化研究[D]. 孟嘉.华中科技大学 2008
[9]饱和岩体热流固耦合模型研究[D]. 刘善利.河海大学 2007
[10]螺旋板式换热器的传热及流动特性研究[D]. 王彦波.青岛科技大学 2007



本文编号：3206213