弓形折流板换热器壳程流体流动与传热的数值模拟

发布时间：2017-04-28 23:05

  本文关键词：弓形折流板换热器壳程流体流动与传热的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 换热器广泛应用于化工、石油、电力、动力、能源、动力机械等众多工业领域。换热器工作性能的好坏对于这些行业的生产效率、经济效益有着十分重要的影响。由于换热器几何结构、内部流动和换热过程复杂,数值模拟的方法已经成为研究换热器内部流动和传热特性的重要手段之一。本文以常用的管壳式换热器(弓形折流板换热器)作为重点研究对象,在改变折流板结构的情况下,对管壳式换热器壳程流动和换热进行了三维数值模拟。 本文通过对复杂物理模型的简化,采用计算流体力学软件FLUENT所提供的标准κ-ε两方程模型作为计算模型,应用压力修正的SIMPLE算法进行求解。 换热器内部的热交换是一个管内外流体借助换热管壁相互作用的复杂过程,为了避免采用定壁温假设的方法对管内传热的影响的忽视,在研究壳程流动与换热的计算中,同时考虑了管程流体流动和换热对壳程的影响。在不同管程工况下,使用管程流体与壳程流体耦合计算的方法进行模拟计算。并且与仅考虑壳侧流体流动与传热的定壁温假设计算方法进行对比。发现两种计算的结果存在较大差异。而且这种差异随着管程流体流量的增加会慢慢减小。与传热学基础理论和实际情况吻合较好。虽然由于考虑了管内流动可能使管内传热的计算结果与实际换热情况出现偏差,对以上两种计算方法的比较产生影响,但是能够揭示这两种方法的差异和计算结果随流体工况的变化情况。通过比较,本论文认为：同时考虑壳侧和管侧流动与传热的计算方法,更有助于揭示换热器局部温度场变化的实际情况。因此本文后面几章的模拟就算均采取关内外流体耦合计算的方法进行。 本文模拟研究的重点在折流板结构变化对换热器流动与换热影响。在相同换热器外部尺寸条件下,通过折流板数量和高度的变化来进行分析。得到了不同工况下,几种换热器结构的壳侧流体温度场、压力场。并且得出壳程进出口温度、压降、以及管程流体进出口温差、换热系数随壳侧流量变化的特性曲线。 在评价换热器性能的指标中,h/△P指标是常用的一种方法,本文通过几种工况下,不同折流板结构的h/△P值的对比,得出换热器性能指数随折流板个数和折流板高度增加随之降低的结论,与已有的换热器理论和实验研究结果相吻合。
【关键词】：换热器 湍流模型 流动与换热 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK172;TK124
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 换热器简述11-13
• 1.1.1 换热器的分类12-13
• 1.1.2 换热器的发展方向及趋势13
• 1.2 管壳式换热器13-15
• 1.3 强化传热技术简介15-19
• 1.3.1 强化传热技术的分类15-16
• 1.3.2 强化传热的基本途径16-18
• 1.3.3 强化传热的方法18-19
• 1.4 管壳式换热器的研究现状19-26
• 1.4.1 管壳式换热器的实验研究19-21
• 1.4.2 管壳式换热器数值模拟的研究21-24
• 1.4.3 前人研究的不足和本论文的研究方向24-26
• 第2章 计算流体力学基础与湍流模型介绍26-40
• 2.1 数值计算技术简介26-34
• 2.1.1 CFD适用范围26
• 2.1.2 CFD优缺点26-27
• 2.1.3 主要数值计算方法27-29
• 2.1.4 有限体积法及其网格介绍29-31
• 2.1.5 有限体积法中常用的离散格式31-32
• 2.1.6 压力修正SIMPLE算法32-34
• 2.2 湍流的数值模拟方法及湍流模型34-37
• 2.2.1 直接数值模拟35
• 2.2.2 大涡模拟35
• 2.2.3 Reynolds时均方程法35-36
• 2.2.4 标准k-ε两方程模型36-37
• 2.3 FLUENT介绍37-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第3章 定壁温假设对弓形折流板换热器换热模拟结果的影响40-56
• 3.1 数值计算的基本过程40-43
• 3.1.1 前处理40-42
• 3.1.2 计算求解42-43
• 3.1.3 后处理43
• 3.2 定壁温假设对弓形折流板换热器换热模拟结果的影响43-54
• 3.2.1 模型描述、结构参数与网格划分44-47
• 3.2.2 模型求解设置47
• 3.2.3 计算工况47
• 3.2.4 计算结果分析47-54
• 3.3 本章小结54-56
• 第4章 弓形折流板换热器壳程流动与换热特性理与数值模拟56-77
• 4.1 换热器壳程传热与流动的理论56-57
• 4.1.1 影响对流换热的因素56-57
• 4.1.2 研究换热器壳程传热与流动机理的流路分析法57
• 4.2 不同折流板结构下换热器壳侧流动与传热的数值模拟57-76
• 4.2.1 模型描述与网格划分57-58
• 4.2.2 基本假设与模型求解设置58
• 4.2.3 计算结果显示与分析58-76
• 4.3 本章小结76-77
• 结论与展望77-80
• 参考文献80-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果85-86
• 致谢86-87
• 附录A87

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 付磊;唐克伦;文华斌;王维慧;付伶;;管壳式换热器流体流动与耦合传热的数值模拟[J];化工进展;2012年11期

2 李志刚;尹侠;;椭圆形换热管安放形式对换热效率的影响[J];化工机械;2012年06期

3 付磊;付丽娅;唐克伦;文华斌;李良;;基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2012年03期

4 付磊;唐克伦;李良;王维慧;;管壳式换热器流场数值模拟方法研究[J];现代制造工程;2013年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王军政;基于弱流固耦合方法的换热器流体诱导振动失效分析[D];华东理工大学;2011年

2 文宏刚;管壳式换热器设计方法与数值模拟研究[D];华东理工大学;2012年

3 张之东;管壳式换热器内部三维流场数值模拟[D];河北科技大学;2012年

4 徐琼霞;运输船舶气泡润滑减阻技术研究[D];武汉理工大学;2013年

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本文编号：333715