圆管管翅式换热器管间距优化研究

发布时间：2017-09-12 18:48

  本文关键词：圆管管翅式换热器管间距优化研究

  更多相关文章： 翅片管换热器 数值模拟 管间距 强化传热

【摘要】：换热器是实现热量传递的核心设备,在动力系统、金属冶炼系统、石油工业等产业中都有着关键性的用途。相比于板式和板翅式换热器,翅片管换热器应用更为广泛。同时,管翅式换热器还具有易于生产装配、造价低等优点。圆管管翅式换热器常用于空调系统中,翅侧工质多为空气,管内通水或者制冷剂,空气侧热阻占换热器总热阻70%以上,因此翅侧空气换热能力的强弱是衡量换热器效率高低的标准。以往对提高换热器换热性能的方案,主要集中在下面两种方法:一种是在有限的空间内,尽可能的增大换热面积,例如使用小翅间距;另一种是强化传热方面,通过不同的手段,较大限度的增强换热能力,比如添加涡发生器、使用异型管等方法。流体经换热器时阻力越大,换热器运行耗能越多。如何在提高换热能力的同时降低流阻是强化传热技术的关键。管间距是换热器设计过程中的重要参数,无论是何种类型的翅片,管间距都会对换热器的整体性能产生很大的影响。选定合适的管间距,可以在消耗相同材料的前提下,更有效地提高换热器的整体效率。本文选取管翅为等壁温条件下建立的圆管平直翅片空气侧通道的数值模型,研究管间距对换热器换热特性和流动阻力的影响。选取四排管束作为计算区域,将换热器参数进行无量纲化,通过选取不同模型参数,得出管间距对换热器通道内流场的影响规律,分析其对翅片管换热能力和流体阻力的影响。同时,将分析得到的规律运用到换热器的设计中,并对换热器管间距进行优化分析。研究结果表明:管间距的不同会影响换热器通道内流场的分布,翅侧平均Nu数和阻力系数f都会随着管间距的增大而减小,同时随着管间距的逐渐增大,这种变化趋于平缓,意味着管间距的影响会随着其距离的增加而逐渐减弱。同时,增大管间距可以更好地改善换热器的阻力性能。当换热器取相同材料损耗的情况下,横纵管间距之比在1.5到1.7范围内时,换热器的综合性能较优。对给定尺寸1800 mm×88 mm×2000 mm的换热器进行模拟研究,发现换热系数K、压降?p和换热器肋效率ηf均随管间距增大而减小,在阻力允许条件下,可以通过减小管间距的方式来提升换热能力和换热效率。
【关键词】：翅片管换热器 数值模拟 管间距 强化传热
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 2 圆管管翅式换热器数学描述13-21
• 2.1 翅片物理模型13
• 2.2 翅片结构参数13-15
• 2.3 数学模型与边界条件15-19
• 2.3.1 数学描述方程15-16
• 2.3.2 数学模型边界条件16-17
• 2.3.3 参数无量纲化17-18
• 2.3.4 控制方程与边界条件无量纲化18-19
• 2.4 换热器无量纲性能参数定义19-21
• 3 数值计算方法21-32
• 3.1 区域离散与坐标转换21-23
• 3.2 物理方程转换23-24
• 3.3 边界条件离散24-25
• 3.4 方程建立与求解25-28
• 3.5 计算步骤28
• 3.6 数值求解收敛判据28-29
• 3.7 数值方法验证29-32
• 3.7.1 计算区域网格29
• 3.7.2 网格独立性考核29-30
• 3.7.3 实验结果与模拟结果对比30-32
• 4 数值结果与分析32-42
• 4.1 横向管间距性能影响分析32-37
• 4.1.1 流场分析32-33
• 4.1.2 换热与阻力性能分析33-35
• 4.1.3 综合性能分析35-37
• 4.2 纵向管间距性能影响分析37-41
• 4.2.1 流场分析37-38
• 4.2.2 换热与阻力性能分析38-40
• 4.2.3 综合性能分析40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 5 管束布置研究42-52
• 5.1 相同换热面积下管间距优化研究42-45
• 5.2 换热器整体管间距布置研究45-51
• 5.2.1 计算模拟方法45-47
• 5.2.2 换热器换热与阻力性能分析47-50
• 5.2.3 换热器肋效率分析50-51
• 5.3 本章小结51-52
• 结论52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-57
• 附录A 符号表57-60
• 攻读学位期间的研究成果60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 衣志超;袁益超;王学刚;;管间距对开缝翅片管换热器传热与阻力特性的影响[J];能源工程;2015年05期

2 马有福;袁益超;刘聿拯;胡晓红;;纵向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的试验研究[J];机械工程学报;2011年08期

3 马有福;袁益超;刘聿拯;胡晓红;;横向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的实验研究[J];中国电机工程学报;2011年08期

4 盖晓平;王良璧;林志敏;王烨;;圆管平直翅片散热器翅片导热系数对其传热特性影响[J];兰州交通大学学报;2010年03期

5 邓斌,王惠林,林澜;翅片管换热器流程布置研究现状与发展[J];制冷;2004年04期

6 徐伟;空调能耗及节能方向[J];建设科技;2004年05期

7 何江海,陈蕴光,徐正本,孙宗鑫,袁秀玲,刘晴,孙海龙,韩兴卫;风冷式平直翅片管换热器的数值分析[J];制冷与空调;2003年04期

8 宋富强,屈治国,何雅玲,陶文铨;低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究[J];西安交通大学学报;2002年09期

9 康海军，李Z,，，李惠珍，辛荣昌，陶文铨;平直翅片管换热器传热与阻力特性的实验研究[J];西安交通大学学报;1994年01期

本文编号：838933