余热回收翅片管换热器传热与流体力学特性研究

发布时间：2017-04-30 18:11

  本文关键词：余热回收翅片管换热器传热与流体力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的快速发展，能源需求量迅速增长，提高能源利用效率成为我国能源工作的重点。其中工业余热回收利用是提高能源利用效率和节能的重要一部分。工业用燃气锅炉产生的烟气以低温余热（150~250℃以上）的形式排放到大气中，既浪费能源又污染环境。回收和利用这部分热能用于加热生活用水或锅炉补给水等对节能减排具有重大的意义。换热器是工业余热回收的关键设备，翅片管式换热器由于具有良好的传热性能、耐温性能、耐热冲击性能及耐腐蚀能力，易于清理尘垢，压降较低等特点被广泛应用。 本文通过对现有的天然气锅炉余热回收用翅片管换热器进行实验测试，建立三维的翅片管流场模型，将测试数据作为边界条件，采用FLUENT软件进行模拟得到翅片管外烟气流动的速度场、温度场及压力场等数据。分析了烟气进口速度、翅片高度及翅片间距对传热的影响规律：随着烟气进口流速的增加，Re增大，平均换热系数逐渐增大，使换热得到加强，但烟气流速的增大使得流动阻力增大，压降损失也呈现增长趋势，工作过程需要消耗更多的风能；翅片高度增加可以增大单位长度翅片管的换热面积，却使翅片效率下降，对传热的影响较小；翅片间距对传热的影响要比翅片高度大，随着翅片间距的增大，翅片管的换热性能逐渐减弱，阻力系数也逐渐减小。 将换热器流场的模拟值与实测值比较，结果表明出口温度的相对误差为7.3%，总压降的相对误差为2.1%，模拟方法能够较好地描述换热器的工作状况。 改变烟气进口速度及换热器的结构参数，制定优化方案，，并对各优化方案进行模拟对比，得出各个优化方案对换热的影响。然后用综合性能评价因子计算出强化换热最为合理的方案。结果显示，当烟气进口速度为6.8m/s，翅片高度为14mm，翅片间距为2mm时传热效果最好。用场协同原理对速度矢量与温度梯度的夹角进行了分析，得出了同样的结果。
【关键词】：余热回收 翅片管换热器 换热特性 数值模拟 参数优化
【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11-19
• 1.1 本文的研究背景和意义11-13
• 1.2 翅片管换热器介绍13-15
• 1.2.1 换热器介绍13-14
• 1.2.2 翅片管换热器的基本类型与特点14-15
• 1.3 翅片管换热器的研究综述15-18
• 1.3.1 国内研究综述15-16
• 1.3.2 国外研究综述16-18
• 1.4 本论文的研究目的、内容和方法18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 翅片管换热器的传热计算19-27
• 2.1 换热器传热计算的基本理论19-21
• 2.1.1 传热方程式19-20
• 2.1.2 热平衡方程式20-21
• 2.2 翅片管换热器的传热计算21-26
• 2.2.1 对流传热过程的物理量21-22
• 2.2.2 翅片管换热器传热系数计算22-25
• 2.2.3 翅片管换热器换热量计算25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 翅片管换热器的实验测试与传热分析27-37
• 3.1 翅片管换热器的结构27-29
• 3.2 翅片管换热器应用工况测试29-32
• 3.2.1 测试工况29-30
• 3.2.2 测试仪器30-32
• 3.3 实验数据处理32-34
• 3.3.1 实验数据分析方法32-33
• 3.3.2 实验数据误差分析33-34
• 3.4 测试结果与换热分析34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 翅片管换热器 CFD 计算基础与强化换热37-50
• 4.1 翅片管换热器计算流体力学基础37-45
• 4.1.1 翅片管换热器计算流体力学简介37-38
• 4.1.2 Fluent 软件介绍38
• 4.1.3 控制方程38-39
• 4.1.4 常用的离散化方法简介39-41
• 4.1.5 湍流模型的数值模拟方法41-45
• 4.2 换热器的强化换热理论45-49
• 4.2.1 对流传热过程的强化45-46
• 4.2.2 强化传热的场协同理论46-48
• 4.2.3 换热器中的场协同理论48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 翅片管换热器管外流场的数值模拟50-58
• 5.1 模型的建立50-53
• 5.1.1 几何模型50-51
• 5.1.2 网格生成51-52
• 5.1.3 边界条件的设定52
• 5.1.4 求解方法52-53
• 5.2 数值模拟结果分析及与实测值比较53-57
• 5.2.1 烟气流场速度分布53-55
• 5.2.2 烟气流场温度分布55-56
• 5.2.3 烟气流场压力分布56
• 5.2.4 流场实测值与模拟值对比56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 翅片管换热器的结构优化58-74
• 6.1 优化方案的制定58-59
• 6.2 计算结果比较与分析59-68
• 6.2.1 烟气不同进口速度下的速度分布59-61
• 6.2.2 烟气不同进口速度下的温度分布61-63
• 6.2.3 烟气不同进口速度下的压力分布63-64
• 6.2.4 不同进口速度对换热效果的影响64-65
• 6.2.5 翅片高度对换热效果的影响65-67
• 6.2.6 翅片间距对换热效果和阻力性能的影响67-68
• 6.3 优化结果68-72
• 6.3.1 强化传热综合性能分析68-69
• 6.3.2 场协同理论分析69-72
• 6.4 本章小结72-74
• 结论与展望74-76
• 本文主要的研究内容和结论74-75
• 研究展望75-76
• 参考文献76-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83-84
• 附件84

【引证文献】

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1 崔超;沈煜晖;;电厂烟气余热利用方案设计[J];华电技术;2013年04期

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本文编号：337363