管壳式换热器的数值模拟及优化设计

发布时间：2017-05-16 21:01

  本文关键词：管壳式换热器的数值模拟及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 在管壳式换热器中,折流板的间距和缺口高度对于换热器的性能有着重要的影响。随着人们节能意识和节能要求的不断提高,作为能量交换设备的换热器,其性能的提高就成为了换热器设计研究的重要问题,本工作致力于折流板间距和折流板缺口高度的优化设计。 本文采用了数值模拟的方法对供热系统中的一个换热器的流体流动和换热进行了研究,得了很好的可视化的流动和换热图,对分析流动和换热起到了很好的效果。 为了实现换热器的优化设计,首先需要选择一个换热器的性能评价标准,本文通过对最小熵产法的分析,发现在所计算的换热器中,有限温差换热和压力损失所引起的两种不可逆耗散严重失衡,通过对其物理意义的分析,本文对熵产的应用范围提出了自己的观点。同时,对场协同原理也做了简单地分析,给出了其不适用于本文的换热器评价的原因。然后,结合前人对JF因子的应用,文章说明了其作为评价准则的理由。 本文首先对换热器的折流板间距进行了分析,得到了当折流板的间距改变时,壳侧流动的变化情况,换热情况和压力变化情况,重点分析了折流板缺口处和错流流动段流体压力损失的变化情况。最后根据JF因子的大小,得到了当折流板间距变化时的最佳的折流板间距。然后,用类似的过程分析了折流板缺口高度对于换热器性能的影响,并得到了一个最佳的折流板缺口高度。 本文还研究了将折流板间距和缺口高度同时作为设计参数的换热器优化设计问题,得到了折流板间距变化时,最佳折流板的缺口高度变化的情况,并将不同间距下的最佳值拟合成了一条优化的曲线。 本文在最后的部分分析了壳侧的流量变化对于折流板设计的影响,也分析了污垢热阻对于换热器的性能的影响。
【关键词】：换热器 折流板 数值模拟 熵产 JF因子
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 管壳式换热器的简介13-14
• 1.2 折流板的布置对于换热器性能的影响14-15
• 1.3 研究现状15-18
• 1.4 本课题拟完成的主要任务18-19
• 第二章 管壳式换热器的模拟方法19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 数值模拟的理论基础19-23
• 2.2.1 计算流体力学19-20
• 2.2.2 湍流的数值模拟20-21
• 2.2.3 壁面函数法21-22
• 2.2.4 换热器的数值模拟及其进展22-23
• 2.3 网格以及边界条件的设置23-31
• 2.3.1 流体计算软件简介23-24
• 2.3.2 网格的划分24-26
• 2.3.3 边界条件及计算的设置26-30
• 2.3.4 换热器数值模拟的准确性30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 换热器性能评价参数的分析33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 熵产的分析33-45
• 3.2.1 换热器中的熵产34-36
• 3.2.2 两种不可逆损失的数量关系36-40
• 3.2.3 最小熵产法的应用范围的界定40
• 3.2.4 换热过程的当地熵产40-45
• 3.3 场协同理论的分析45-47
• 3.4 JF因子的分析47-49
• 3.5 小结49-51
• 第四章 折流板间距的优化51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 折流板间距51-54
• 4.2.1 数值计算的换热器结构概况51-52
• 4.2.2 边界条件的设置52-54
• 4.3 数值计算的结果及其分析54-61
• 4.3.1 流动情况54-56
• 4.3.2 压力变化56-59
• 4.3.3 换热情况59-61
• 4.4 折流板数目的优化61-62
• 4.5 小结62-65
• 第五章 折流板缺口高度的优化及其与折流板间距的关系65-83
• 5.1 引言65-66
• 5.2 换热器折流板缺口高度的优化66-74
• 5.2.1 壳侧流动情况66-68
• 5.2.2 折流板缺口高度对压降的影响68-71
• 5.2.3 换热的分析71-73
• 5.2.4 换热器最佳的折流板缺口高度73-74
• 5.3 折流板的缺口高度与折流板间距的关系74-79
• 5.3.1 换热系数和压降的变化74-77
• 5.3.2 不同折流板布置下的JF因子77-78
• 5.3.3 折流板的优化曲线78-79
• 5.4 壳侧的流量对于优化结果的影响79-80
• 5.5 污垢热阻对于优化结果的影响80-82
• 5.6 小结82-83
• 第六章 结论及展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间发表论文90-91
• 学位论文评阅及答辩情况表91

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