管壳式水热设备壳侧流动的数值模拟及焓(火用)分析
发布时间：2021-08-20 11:05
在过去的30年间,数值模拟技术已经广泛用于管壳式换热器领域。在本文中,将用数值计算的方法对不同挡板类型管壳式换热器壳侧流体的流动传热性能进行研究。首先对弓形挡板管壳式换热器的壳侧流场的流动传热进行数值计算。基于模拟结果,使用热力学第二定律和焓（火用）理论对（火用）利用效率进行定量分析。结果表明,与能量分析相比,（火用）分析法是更加科学地分析能量回收利用程度的方法。增加壳侧热水的质量流量可以增加管侧冷水的品质且增大壳侧传热系数,但是降低了热水的利用程度。最后,该部分对不同缺口高度的弓形挡板进行了研究,结果表明,随着挡板缺口高度的增加,壳侧传热系数和压降都逐渐下降,但是性能参数α/ρ会显著增大。然后,研究了双管程的管壳式换热器。首先,在相同的输入条件下比较了单管程和双管程弓形挡板管壳式换热器。结果表明,双管程换热器中回收热量的品质几乎是单管程换热器中的两倍,而在两种换热器中它们的壳侧传热系数几乎是相同的。在所有的换热器中,增加壳侧热水的质量流量可以提高管侧冷水的品质及增大传热系数,但是会降低热水的利用程度。为了研究不同挡板类型的双管程管壳式换热器的流动传热性能,特此比较了在相同输入条件下弓...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?双管程管壳式换热器的工作示意图??
第２章计算流体力学基础与贝尔－台华法??２．１管壳式换热器概述??图２．１为双管程的弓形挡板管壳式换热器的结构及工作示意图，热流体沿着??壳侧一侧箭头所指的方向流动，冷流体沿着管程一侧箭头所指的方向流动，冷热??流体通过管壁进行对流耦合换热，实现能量的交换。??厂、—置?ｒ?Ｉ?Ｔ＼??／?Ｘ?■声－?Ｉ?，？?Ｉ?■?＼??ｇ?ｐ—■?■?Ｉ?ｇ?１?］??＼?厂■?Ｉ?＼?二?ｙ?Ｉ?／??＼?Ｃ＾ａ?１?｜?／??袖体出ａ?体扣??图２－１?双管程管壳式换热器的工作示意图??挡板是管壳式换热器重要的组成部分，挡板的类型对于换热器的壳侧压降和??壳侧换热系数有着极其重要的影响。管壳式换热器的挡板千差万别、形状各异，??下面介绍一些常见的挡板类型，如图２－２所示。??弓形挡板?非连续型螺旋挡板?花瓣形挡板??图２－２?常见挡板类型??（１）
?ｈ?ＵＴ?ｙ／ｖ??图２－３?壁面区中粘性底层、过渡层及对数律层与相应的速度??由图２－３可得，当ｙ＋＜５，流体处于粘性底层，这吋壁面附近流体速度沿壁而??法线方向呈线性规律分布，即可表示为：??？＋?＝／?（?２－２９?）??当６０＜ｙ＋＜３００时，该区域的流体流动处于对数律层，即无量纲的速度与距离之间??呈对数关系，具体为：??＂＋＝丄／ｎ＿ｙ＋＋Ｚ？＝丄／／７（母＋）?（２－３０）??ｋ?ｋ?＼?’??对于光滑壁面有ｒ＝０．４，５＝５．５，?￡二９．８，壁面粗糙度的增加将使得５值减小。??２．５．３壁面函数法简介??壁面函数法实际上是一组半经验的公式，用于将壁面上的物理量与湍流核心??区内待求的未知量直接联系起来。它必须与高雷诺数的模型配合使用。在当??前的大型商用ＣＦＤ软件中，往往都会提供多种不同的壁面函数供用户进行选择。??本文使用的ＦＬＵＥＮＴ软件提供了多种壁面函数的处理方式，包括标准壁面函数、??非平衡壁面函数及增强壁面函数等。表２－２简单地罗列了?ＦＬＵＥＮＴ软件中三种??常见壁面函数的优缺点
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFD simulation on shell-and-tube heat exchangers with small-angle helical baffles[J]. Minhua ZHANG,Fang MENG,Zhongfeng GENG. Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2015(02)
[2]螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究进展[J]. 王秋旺. 西安交通大学学报. 2004(09)
[3]浅谈换热器的分类和特点[J]. 刘月芹. 化工设计通讯. 2003(03)
[4]管壳式换热器壳侧湍流流动的数值模拟及实验研究[J]. 邓斌,陶文铨. 西安交通大学学报. 2003(09)
[5]纵流壳程换热器数值模拟的应用研究[J]. 王定标,董其伍,刘敏珊,李培宁. 郑州工业大学学报. 1999(02)
[6]管壳式换热器壳侧流场研究进展[J]. 郭茶秀,李培宁,董其伍,刘敏珊. 石油化工设备. 1999(02)
[7]紧凑换热器的多孔介质模型化[J]. 谢永红,郭方中,吴洪涛,张连璧. 核动力工程. 1995(02)
[8]换热器的类别及特点[J]. 刘振斌. 现代化农业. 1991(06)
本文编号：3353385
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?双管程管壳式换热器的工作示意图??
第２章计算流体力学基础与贝尔－台华法??２．１管壳式换热器概述??图２．１为双管程的弓形挡板管壳式换热器的结构及工作示意图，热流体沿着??壳侧一侧箭头所指的方向流动，冷流体沿着管程一侧箭头所指的方向流动，冷热??流体通过管壁进行对流耦合换热，实现能量的交换。??厂、—置?ｒ?Ｉ?Ｔ＼??／?Ｘ?■声－?Ｉ?，？?Ｉ?■?＼??ｇ?ｐ—■?■?Ｉ?ｇ?１?］??＼?厂■?Ｉ?＼?二?ｙ?Ｉ?／??＼?Ｃ＾ａ?１?｜?／??袖体出ａ?体扣??图２－１?双管程管壳式换热器的工作示意图??挡板是管壳式换热器重要的组成部分，挡板的类型对于换热器的壳侧压降和??壳侧换热系数有着极其重要的影响。管壳式换热器的挡板千差万别、形状各异，??下面介绍一些常见的挡板类型，如图２－２所示。??弓形挡板?非连续型螺旋挡板?花瓣形挡板??图２－２?常见挡板类型??（１）
?ｈ?ＵＴ?ｙ／ｖ??图２－３?壁面区中粘性底层、过渡层及对数律层与相应的速度??由图２－３可得，当ｙ＋＜５，流体处于粘性底层，这吋壁面附近流体速度沿壁而??法线方向呈线性规律分布，即可表示为：??？＋?＝／?（?２－２９?）??当６０＜ｙ＋＜３００时，该区域的流体流动处于对数律层，即无量纲的速度与距离之间??呈对数关系，具体为：??＂＋＝丄／ｎ＿ｙ＋＋Ｚ？＝丄／／７（母＋）?（２－３０）??ｋ?ｋ?＼?’??对于光滑壁面有ｒ＝０．４，５＝５．５，?￡二９．８，壁面粗糙度的增加将使得５值减小。??２．５．３壁面函数法简介??壁面函数法实际上是一组半经验的公式，用于将壁面上的物理量与湍流核心??区内待求的未知量直接联系起来。它必须与高雷诺数的模型配合使用。在当??前的大型商用ＣＦＤ软件中，往往都会提供多种不同的壁面函数供用户进行选择。??本文使用的ＦＬＵＥＮＴ软件提供了多种壁面函数的处理方式，包括标准壁面函数、??非平衡壁面函数及增强壁面函数等。表２－２简单地罗列了?ＦＬＵＥＮＴ软件中三种??常见壁面函数的优缺点
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFD simulation on shell-and-tube heat exchangers with small-angle helical baffles[J]. Minhua ZHANG,Fang MENG,Zhongfeng GENG. Frontiers of Chemical Science and Engineering. 2015(02)
[2]螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究进展[J]. 王秋旺. 西安交通大学学报. 2004(09)
[3]浅谈换热器的分类和特点[J]. 刘月芹. 化工设计通讯. 2003(03)
[4]管壳式换热器壳侧湍流流动的数值模拟及实验研究[J]. 邓斌,陶文铨. 西安交通大学学报. 2003(09)
[5]纵流壳程换热器数值模拟的应用研究[J]. 王定标,董其伍,刘敏珊,李培宁. 郑州工业大学学报. 1999(02)
[6]管壳式换热器壳侧流场研究进展[J]. 郭茶秀,李培宁,董其伍,刘敏珊. 石油化工设备. 1999(02)
[7]紧凑换热器的多孔介质模型化[J]. 谢永红,郭方中,吴洪涛,张连璧. 核动力工程. 1995(02)
[8]换热器的类别及特点[J]. 刘振斌. 现代化农业. 1991(06)
本文编号：3353385
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