基于正交型折流板的新型双扭转流换热器开发与优化

发布时间：2023-02-08 21:38

　　随着我国经济和社会发展水平不断提高,能源高效利用和环境保护越来越受到重视,作为工业领域重要的用能设备,管壳式换热器强化换热技术一直以来都受到国内外广泛关注。扭转流换热器是一种新型高效管壳式换热器,折流板的正交结构促使壳程流体产生周期性扭转流动形态,与传统弓形折流板换热器相比壳程压降有效降低,而与螺旋流换热器相比换热系数也更高,但这种新结构仍然存在优化改良空间。本文在对扭转流和螺旋流换热器壳程流动形态、换热性能的研究基础之上,提出了三种新型壳程管束支撑结构,对它们的性能进行了模拟优化研究。主要研究内容和结论如下:1、对螺旋流和扭转流换热器进行数值研究,分别研究了两种换热器壳程速度场、温度场的分布状况,对比分析折流板结构对壳程物理场的影响规律,以及物理场分布与换热器性能之间的关系。结果表明,同等Re下,扭转流换热器的换热系数、阻力因子和综合性能较螺旋流换热器分别提高了49～78%、88～94%和22～44%,扭转流换热器整体换热性能优于螺旋流换热器。2、搭建了扭转流换热器冷态实验平台,利用LDV测量换热器壳程流体两个方向上的速度分量,并提取对应的数值模拟数据,以实验对比的方法对数值模拟结果...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 管壳式换热器研究现状及强化技术
    1.3 管壳式换热器无源强化传热方法
        1.3.1 管程强化传热方法
        1.3.2 壳程强化传热方法
    1.4 管壳式换热器性能评价指标
        1.4.1 热力学评价指标
        1.4.2 热经济性能评价指标
        1.4.3 火积耗散评价指标
        1.4.4 场协同性能评价指标
    1.5 本文研究内容及章节安排
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 研究内容
2 换热器数值模拟理论与性能分析
    2.1 引言
    2.2 物理模型
    2.3 数学模型
        2.3.1 基本控制方程
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 流场基本参数
        2.3.4 边界条件
        2.3.5 网格独立性验证
    2.4 壳程数值模拟结果
        2.4.1 物理场分布状况
        2.4.2 换热系数和压降
        2.4.3 努塞尔数、阻力因子及综合性能
        2.4.4 多物理场协同程度
        2.4.5 速度分量及流向无量纲因子
    2.5 本章小结
3 扭转流换热器壳程流体流动实验研究
    3.1 引言
    3.2 实验平台的设计与搭建
        3.2.1 LDV测量原理
        3.2.2 实验模型
        3.2.3 实验仪器和材料
    3.3 实验测量与数据处理
        3.3.1 实验流程
        3.3.2 坐标架位移修正
        3.3.3 实验验证线位置确定
    3.4 实验结果
        3.4.1 速度分量对比
        3.4.2 合速度对比
    3.5 实验误差分析
    3.6 本章小结
4 新型双扭转流换热器正交支撑结构开发及性能分析
    4.1 引言
    4.2 正交支撑结构的提出
    4.3 物理模型
    4.4 网格划分和边界条件
    4.5 换热器性能分析
        4.5.1 多物理场分布状况
        4.5.2 传热性能和流阻性能
        4.5.3 多物理场协同程度
    4.6 本章小结
5 双扭转流换热器管束支撑结构多目标优化
    5.1 多目标优化方法简介
    5.2 多目标优化设置
        5.2.1 优化步骤
        5.2.2 决策变量和目标函数
        5.2.3 边界条件和迭代设置
    5.3 多目标优化结果
        5.3.1 响应面分析
        5.3.2 灵敏度分析
        5.3.3 最佳设计点
        5.3.4 设计点模拟验证
    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、硕士学位在研期间主要成果
致谢



本文编号：3738418