面向超大型空分板翅换热器的导流增效结构设计技术研究

发布时间：2017-07-16 18:15

  本文关键词：面向超大型空分板翅换热器的导流增效结构设计技术研究

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【摘要】：空分装备超大型化与低能耗化发展,对板翅换热器的导流增效性能提出了越来越高的要求。如何高效、快速达到指定换热要求,提升超大型空分装备生产效率,成为当前空分领域亟待解决的关键问题。本文在分析板翅换热器传统结构特点以及传统翅片结构流体流动的基础上,围绕着超大型空分装备板翅换热器导流增效结构设计问题开展相关研究,着重分析了板翅换热器长程流道导流增效技术、仿生翅片结构设计技术、多流道扩展传热面技术以及导流结构优化设计技术四部分内容。研究了不同流道以及新型翅片结构下,板翅换热器内部流体流动与传热特性,并采用数值模拟与实验验证相结合的方式对板翅换热器内部流体流动与传热问题进行研究。本文组织结构如下：第1章,介绍了超大型空分装备的组成以及作为超大型空分关键组成部分的板翅换热器导流增效机理与导流增效特点。分析了超大型空分装备的发展与研究现状,同时给出板翅换热器内部流体流动描述,对板翅换热器导流增效相关研究进行归纳,并指出当前常用的板翅换热器结构在导流增效应用中存在的不足。本章最后给出了论文的主要研究内容与组织结构。第2章,研究了板翅换热器导流增效中的长程流道结构设计技术。在分析板翅换热器流道结构对流体流动以及传热影响的基础上,提出一种侧向M型流道结构,通过改变流道内流体流动方向,强化流体的湍流作用,同时延长流体的传热距离,达到增强换热器传热性能的目的。对比传统流道结构与新型流道结构下板翅换热器内部流体流动过程中流场变化,验证新型流道结构的导流增效作用。第3章,借鉴了海洋生物结构中的扰流现象,分析海洋生物结构对流体流动影响,同时结合生物结构中的导流与扰流特征,提出一种带仿生微凸结构的板翅换热器导流增效翅片。建立板翅换热器微凸翅片结构分析模型,并推导了带微凸结构的板翅换热器内部流体流动与导流增效计算。对比目前常用的传统翅片结构下板翅换热器传热性能,可以看出微凸结构导流增效翅片明显改善板翅换热器内流体的湍流效应,更好的实现了换热器同层翅片不同流道内流体的温度均衡效果,提升换热器的传热性能。第4章,研究了板翅换热器导流增效中的多流道扩展传热面技术。板翅换热器入口流道内翅片不同排列方式不仅影响流道宽度、流体的流动速度,同时对换热器的能耗与换热量也有一定的影响。针对板翅换热器入口不同翅片排列容易引起的流体流动以及传热问题,分析了不同排列方式的板翅换热器入口流体流动与导流增效关系。通过分析不同翅片排列换热器导流增效机理,引出板翅换热器入口翅片排列导致的流体流动速度过快、压差较大与传热面积增加的解决方法,同时针对不同翅片排列方式下网格剖分以及壁面位置引起的质量与能量平衡问题进行分析,并给出不同翅片排列方式下板翅换热器性能评价标准。第5章,研究了板翅换热器导流增效中的多目标优化与流体均布技术。考虑到空分装备超大型化引起板翅换热器入口位置纵向方向上各层流道之间存在流体分布不均匀问题,采用正交实验方法建立板翅换热器入口导流结构非线性优化函数,通过BP神经网络与遗传算法相结合的方式对导流结构上孔的结构以及流体流动参数进行优化,得到满足给定参数范围的板翅换热器导流结构最优结果。第6章,结合工程实例,研究了板翅换热器导流增效关键技术在超大型空分装备中的应用,给出了板翅换热器熵产、总熵以及温度分布对比,通过对比试验结果验证本文提出的各种导流增效方法的有效性。第7章,对本文的研究内容进行总结,并针对板翅换热器相关后续研究工作进行展望。
【关键词】：超大型空分 板翅换热器 导流增效技术 能耗 优化 导流结构 仿生翅片 侧向流道 翅片排列 BP神经网络 遗传算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-15
• 主要符号表15-17
• 1 绪论17-37
• 1.1 引言17-18
• 1.2 超大型空分装备与板翅换热器结构特点18-22
• 1.2.1 超大型空分装备的结构与发展18-20
• 1.2.2 板翅换热器的结构特点20-22
• 1.3 超大型空分装备板翅换热器发展与现状22-29
• 1.3.1 板翅换热器发展历程22-23
• 1.3.2 板翅换热器研究现状23-29
• 1.4 板翅换热器导流增效技术29-31
• 1.4.1 板翅换热器翅片导流增效机理29-31
• 1.4.2 常见的几种导流增效方法31
• 1.5 论文研究内容与组织结构31-35
• 1.5.1 问题提出31-32
• 1.5.2 论文主要内容32-34
• 1.5.3 论文组织结构34-35
• 1.6 本章小结35-37
• 2 板翅换热器长程流道导流增效结构设计技术37-51
• 2.1 引言37
• 2.2 长程流道结构37-39
• 2.3 长程流道导流增效中的人工粗糙壁39-40
• 2.3.1 人工粗糙壁技术39
• 2.3.2 人工粗糙壁面下的流体流动39-40
• 2.4 一种侧向M型导流增效流道结构与传热特性40-48
• 2.4.1 侧向M型导流增效流道结构40-41
• 2.4.2 侧向M型流道流体流动与传热特性41-48
• 2.5 本章小结48-51
• 3 板翅换热器仿生翅片导流增效结构设计技术51-65
• 3.1 引言51-52
• 3.2 结合仿生学的导流增效微凸结构52-56
• 3.2.1 微凸结构模型52-55
• 3.2.2 面向微凸结构换热器导流增效作用55-56
• 3.3 结合仿生学的微凸结构导流增效分析56-57
• 3.4 仿生微凸结构在换热器导流增效中的应用57-64
• 3.5 本章小结64-65
• 4 板翅换热器多流道扩展传热面导流增效技术65-83
• 4.1 引言65-66
• 4.2 板翅换热器中翅片排列与导流增效66-68
• 4.3 扩展传热面技术在板翅换热器导流增效中的应用68-81
• 4.3.1 网格独立性检验与壁面条件计算68-72
• 4.3.2 不同翅片排列流体质量与能量平衡分析72-73
• 4.3.3 不同翅片排列方式换热器熵产分析与性能评价73-81
• 4.4 本章小结81-83
• 5 板翅换热器导流结构优化与流体均布技术83-99
• 5.1 引言83
• 5.2 正交试验与多目标优化技术83-85
• 5.2.1 正交试验83-84
• 5.2.2 遗传算法84-85
• 5.2.3 BP神经网络技术85
• 5.3 基于正交实验的板翅换热器入口导流结构优化85-89
• 5.3.1 导流结构正交实验模型85-87
• 5.3.2 入口参数与边界条件87
• 5.3.3 仿真策略与仿真试验87-89
• 5.4 导流结构非线性拟合与多目标优化89-94
• 5.4.1 导流结构优化过程中变量非线性拟合89-92
• 5.4.2 导流结构非线性拟合函数多目标优化92-94
• 5.5 导流结构优化结果分析94-98
• 5.5.1 优化结果94-95
• 5.5.2 结果分析95-98
• 5.6 本章小结98-99
• 6 超大型空分板翅换热器的性能实验与导流增效分析99-111
• 6.1 板翅换热器试验台99-102
• 6.2 板翅换热器长程流道导流增效性能分析102-104
• 6.3 板翅换热器仿生翅片导流增效性能分析104-106
• 6.4 板翅换热器多流道扩展传热面导流增效性能分析106-108
• 6.5 导流结构多目标优化前后板翅换热器性能分析108-110
• 6.6 本章小结110-111
• 7 全文工作总结与展望111-115
• 7.1 工作总结111-113
• 7.2 研究展望113-115
• 参考文献115-127
• 攻读博士学位期间发表(录用)的学术论文127-129
• 攻读博士学位期间参加的科研项目129-131
• 作者简介131

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘敏珊;李娜;董其伍;;板翅式换热器的研究进展[J];化工设备与管道;2007年06期

2 张哲,厉彦忠,焦安军;板翅式换热器封头结构的数值模拟[J];化工学报;2002年11期

3 张哲,厉彦忠,田津津;板翅式换热器导流片结构的数值模拟[J];化工学报;2002年12期

4 焦安军,厉，

本文编号：549930