扭转流换热器壳程流体流动和传热特性研究与优化

发布时间：2021-10-12 14:35

　　管壳式换热器强化传热技术的研究能促进能源利用最大化,达到节约能源和减少排放的目的。本文在换热器传热技术研究基础上,对新型斜向流换热器进行优化,创新的提出了扭转流换热器。采用数值模拟的的方法,对比分析了扭转流换热器和斜向流换热器流体流动和传热特性。并对扭转流换热器管束支撑结构类梯形导流板进行优化。本文对扭转流换热器的研究内容和成果如下:按照周期性充分发展段的定义,建立扭转流换热器整体模型,分别研究了不同截面位置不同Re下的压力梯度、速度和无因次温度,发现:扭转流换热器流场和温度场具备周期性特征,周期性充分发展段为300-1300mm,即从第三组导流板开始到第十二组导流板结束,在周期性充分发展段压力梯度、速度和无因次温度不随截面的位置变化。分别建立斜向流换热器和扭转流换热器2种周期性全截面模型,采用计算流体力学软件Fluent对两种换热器的传热系数、阻力、综合性能进行了数值研究。结果表明,扭转流管壳式换热器压降较帘式折流片换热器降低18.5-21%,传热系数增加7.3-10.2%,综合性能提高14.9-19.2%。在此基础上研究了扭转流换热器管束支撑结构类梯形导流板结构参数对换热器换热性能... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1.绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 换热器研究概述
        1.2.1 管程强化传热技术
        1.2.2 壳程强化传热技术
    1.3 管壳式换热器研究现状
    1.4 课题来源与章节安排
2.扭转流换热器研究方法及理论基础
    2.1 物理模型
    2.2 数学模型
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 边界条件
        2.2.3 网格划分及独立性考核
    2.3 正交试验的分析方法
        2.3.1 正交试验特点
        2.3.2 试验步骤
    2.4 数值计算方法的实验验证
    2.5 本章小结
3.扭转流换热器壳程流体周期性充分发展区域界定
    3.1 周期段的定义
    3.2 数学模型
        3.2.1 扭转流换热器整体模型建立
        3.2.2 整体模型网格划分及边界条件
    3.3 测量截面的确定
    3.4 模拟结果与分析
        3.4.1 周期性压力降
        3.4.2 周期性速度
        3.4.3 周期性无因次温度
    3.5 本章小结
4.扭转流换热器和斜向流换热器传热与流阻性能对比研究
    4.1 模型建立
    4.2 两种换热器壳程性能对比
    4.3 壳程流场分析
    4.4 结构参数对壳程传热性能的影响
        4.4.1 倾斜角度对换热器性能的影响
        4.4.2 宽度对换热器性能的影响
        4.4.3 间距对换热器性能的影响
        4.4.4 导流板数量对换热器性能的影响
    4.5 场协同分析
    4.6 小结
5.基于正交试验设计的扭转流换热器壳侧性能分析
    5.1 正交试验设计
        5.1.1 正交试验表
        5.1.2 模拟因素与水平的确定
        5.1.3 正交试验方案的拟定
    5.2 结果分析
        5.2.1 因素水平对传热系数的影响
        5.2.2 因素水平对压降的影响
        5.2.3 因素水平对综合性能的影响
    5.3 扭转流换热器传热与压降关联式拟合
        5.3.1 最小二乘法原理
        5.3.2 关联式拟合方法
        5.3.3 关联式拟合及检验
    5.4 本章小结
6.结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
个人简历、学习期间主要成果
致谢



本文编号：3432768