螺旋折流板换热器壳程流动特性及其对传热与振动的影响

发布时间：2017-07-26 00:17

  本文关键词：螺旋折流板换热器壳程流动特性及其对传热与振动的影响

  更多相关文章： 换热器 三螺旋折流板 旋涡脱落 (火积)耗散率 数值模拟

【摘要】：管壳式换热器是工程中常用的热交换器,但存在着诸如壳程阻力大、易结垢、有传热死区以及管束振动等不足。螺旋折流板换热器通过改变壳程流体流动方式,消除了流动死区,从根本上解决了传统弓形板换热器的诸多缺陷。本文以螺旋折流板换热器为研究对象,在对数值模型进行实验验证的基础上,利用数值模拟的手段开展研究。首先,对不同螺旋角、搭接方式下的单螺旋折流板换热器壳程的传热及流阻特性进行模拟分析。其次,依据对单螺旋的模拟结果,提出了一种新型三螺旋折流板换热器,并对不同螺旋角的三螺旋折流板换热器进行数值模拟分析。最后以流体螺旋绕流单根换热管为例初步探讨了螺旋折流板换热器内换热管的振动特性。研究结果表明:(1)壳程对流传热系数与压降均随螺旋角的增大而减小,单位压降下对流传热系数随螺旋角增大而升高。(2)相同螺旋角的连续型三螺旋折流板换热器对流换热系数比单螺旋连续型折流板换热器高27.9%,壳程压降高42.3%,综合考虑传热与流动阻力的影响,三螺旋结构壳程j/f 1/3比单螺旋高13.67%,综合传热性能更高。(3)以T-Q图计算的由传热引起的火积耗散率随雷诺数变化规律与壳程对流传热系数随雷诺数的变化规律类似。螺旋角越大火积耗散率越小,雷诺数越大火积耗散率越大;(4)从轴向流动向横向流动变化的过程中,旋涡脱落频率先减小后增大,最小旋涡脱落频率在40°~50°范围,且来流入射角越大升力系数越大。
【关键词】：换热器 三螺旋折流板 旋涡脱落 (火积)耗散率 数值模拟
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 螺旋折流板换热器结构及其研究进展10-14
• 1.2.1 非连续螺旋折流板几何结构10-12
• 1.2.2 实验研究进展12-13
• 1.2.3 数值模拟研究进展13-14
• 1.3 螺旋折流板换热器改进结构14-19
• 1.3.1 折流板数量15-16
• 1.3.2 多壳程结构16-17
• 1.3.3 壳程入口17-18
• 1.3.4 局部螺旋结构18
• 1.3.5 三螺旋折流板换热器18-19
• 1.4 换热器性能评价标准19-20
• 1.5 换热管振动特性研究20-22
• 1.5.1 振动机理21-22
• 1.5.2 螺旋流动中管束振动特性22
• 1.6 主要研究内容及技术路线22-24
• 2 螺旋板换热器数值模型建立及验证24-37
• 2.1 数值模拟方法24-30
• 2.1.1 控制方程24-25
• 2.1.2 湍流模型25-28
• 2.1.3 传热模型28-29
• 2.1.4 边界条件设置29-30
• 2.2 物理模型及几何尺寸30-31
• 2.3 特征参数定义31-32
• 2.3.1 壳程特征参数31
• 2.3.2 对流换热系数31-32
• 2.4 模型可靠性验证32-36
• 2.4.1 网格自适应及独立性验证32-34
• 2.4.2 实验验证及误差分析34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 折流板布置方式对传热及流动阻力的影响37-49
• 3.1 物理模型37-39
• 3.2 流动及传热特性分析39-48
• 3.2.1 流场分析39-41
• 3.2.2 壳程压降41-44
• 3.2.3 传热性能分析44-46
• 3.2.4 综合性能比较46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 三螺旋折流板换热器的传热及流阻特性49-62
• 4.1 连续三螺旋结构的提出49-50
• 4.2 几何模型50-52
• 4.2.1 连续三螺旋折流板50
• 4.2.2 非连续三螺旋折流板50-52
• 4.3 连续三螺旋折流板换热器几何参数52-53
• 4.4 边界条件及网格独立性53
• 4.5 与单螺旋折流板换热器对比53-55
• 4.6 三螺旋折流板换热器传热及流阻特性55-61
• 4.6.1 流场及压降55
• 4.6.2 中心管换热分析55-56
• 4.6.3 螺旋角对换热及流阻特性的影响56-59
• 4.6.4 基于火积耗散率的性能分析59-61
• 4.7 本章小结61-62
• 5 螺旋流动对管子振动特性影响的初步探讨62-73
• 5.1 数值模型建立62-64
• 5.1.1 网格划分63-64
• 5.1.2 边界条件设置64
• 5.1.3 数值求解64
• 5.2 传热及振动特性分析64-72
• 5.2.1 参数定义64-65
• 5.2.2 传热性能比较分析65-66
• 5.2.3 振动性能比较分析66-72
• 5.3 本章小结72-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-82
• 攻读学位期间取得的学术成果82-83

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本文编号：573938