高温物料换热器换热过程研究

发布时间：2017-09-18 03:17

  本文关键词：高温物料换热器换热过程研究

  更多相关文章： 煅后焦 高温煅后焦换热器 平均换热系数 热回收效率 传热特性

【摘要】：煅后焦是石油焦经高温煅烧后的产物,是铝电解阳极、炼钢用石墨电极和增碳剂的重要基础材料。当煅后焦从罐式煅烧炉进入换热器时,温度在1273K以上,携带大量的热量。因此实现煅后焦余热的高效回收利用对节能减排、提高煅后焦的品质都有重要意义。目前在工业生产中,高温煅后焦是通过高温煅后焦换热器来实现余热回收利用。高温煅后焦换热器由内、外换热器两部分组成。外换热器采用换热管加膜式壁结构,内换热器由换热管组成,并在换热管上沿轴向布置翅片。本文建立了无翅片换热器的数学模型和矩形、梯形、三角形翅片管换热器的数学模型,采用数值模拟与实验研究的方法研究煅后焦的空隙率、导热系数、比热容等物性参数变化以及翅片结构参数变化对换热器传热特性的影响。比较了无翅片换热器与矩形翅片管换热器的计算结果,以及三种形状翅片管换热器的换热面积相同时的计算结果。得到以下结论:(1)煅后焦空隙率从0.581增大到0.794时,换热器出口处煅后焦的平均温度从541K降低到489K,热回收效率从72.7%增加到77.9%;当量导热系数从0.9增大到1.1时,煅后焦的平均温度从537K降低到502K,热回收效率从72.6%增加到76.9%;当量比热容从0.9增大到1.1时,煅后焦的平均温度从501K升高到535K,热回收效率从77%减小到73%。(2)翅片高度变化对换热器传热特性影响比较明显。矩形翅片高度从34mm增加到46mm时,换热器出口处煅后焦的平均温度从415K降低到377K,热回收效率从87%增加到91%;梯形翅片高度从34mm增加到46mm时,换热器出口处煅后焦的平均温度从415K降低到377K,热回收效率从87.2%增加到91.5%。三角形翅片高度从34mm增加到46mm时,换热器出口处煅后焦的平均温度从334K降低到315K,热回收效率从92.5%增加到94.4%。(3)翅片形状不同,换热器计算模型的换热面积相等且都为0.53m2时,计算结果表明,三角形翅片管换热器出口处煅后焦的平均温度为323K,比矩形和梯形翅片管换热器分别低70K和67K;热回收效率为93.8%,比矩形和梯形翅片管换热器分别高4.1%和3.7%。因此在本文研究参数范围内,换热面积相同时,三角形翅片管换热器的综合换热性能最好。
【关键词】：煅后焦 高温煅后焦换热器 平均换热系数 热回收效率 传热特性
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 钢渣余热利用及传热研究11-12
• 1.2.2 流化床内部传热研究12-13
• 1.2.3 烧结矿冷却过程传热研究13-14
• 1.2.4 颗粒尺度的传热研究14-15
• 1.3 本文研究的主要内容15-16
• 第二章 模型的建立与验证16-29
• 2.1 模型的简化16-19
• 2.1.1 高温煅后焦换热器介绍16-18
• 2.1.2 计算模型的简化18-19
• 2.2 数学描述19-21
• 2.3 网格划分及边界条件21-23
• 2.3.1 网格划分21
• 2.3.2 边界类型与初始条件21-22
• 2.3.3 网格独立性验证22-23
• 2.4 模型验证与物料性质23-27
• 2.4.1 实验系统简介23-24
• 2.4.2 实验测点分布24-25
• 2.4.3 计算结果与实验结果对比25
• 2.4.4 主要研究参数25-27
• 2.5 评价指标27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 煅后焦物性参数变化对换热器传热特性的影响29-39
• 3.1 煅后焦内部温度分布结果分析29-32
• 3.1.1 煅后焦内部温度沿不同方向的分布30-31
• 3.1.2 外换热器膜式壁内侧的温度分布31-32
• 3.1.3 内、外换热器换热管外侧的温度分布32
• 3.2 煅后焦物性参数变化对换热器传热特性的影响32-37
• 3.2.1 空隙率对传热特性的影响33-34
• 3.2.2 当量导热系数对传热特性的影响34-36
• 3.2.3 当量比热容对传热特性的影响36-37
• 3.3 本章小结37-39
• 第四章 矩形翅片管换热器传热特性研究39-53
• 4.1 矩形翅片管换热器内部煅后焦温度分布结果分析39-42
• 4.1.1 煅后焦内部温度沿不同方向的分布40-42
• 4.1.2 矩形翅片管换热器膜式壁内侧及换热管外侧的温度分布42
• 4.2 矩形翅片内部温度分布与热流密度变化42-46
• 4.2.1 矩形翅片温度沿着翅片高度方向分布与热流密度变化43-45
• 4.2.2 矩形翅片温度沿着换热器高度的分布45-46
• 4.3 矩形翅片结构参数对换热器传热性能的影响46-49
• 4.3.1 矩形翅片高度对传热特性的影响46-48
• 4.3.2 矩形翅片厚度对换热器传热特性的影响48-49
• 4.4 矩形翅片换热器与无翅片换热器计算结果对比分析49-51
• 4.4.1 煅后焦内部温度对比分析49-50
• 4.4.2 膜式壁内侧温度对比分析50-51
• 4.4.3 换热管外侧温度对比分析51
• 4.5 本章小结51-53
• 第五章 异形翅片管换热器传热特性研究53-76
• 5.1 梯形翅片管换热器计算结果分析53-62
• 5.1.1 梯形翅片管换热器内部煅后焦温度分布结果分析53-56
• 5.1.1.1 煅后焦内部温度沿不同方向的分布53-55
• 5.1.1.2 梯形翅片管换热器膜式壁内侧与换热管外侧温度分布55-56
• 5.1.2 梯形翅片内部温度分布与热流密度变化56-59
• 5.1.2.1 梯形翅片温度沿着翅片高度方向分布与热流密度变化56-58
• 5.1.2.2 梯形翅片内沿换热器高度方向温度分布58-59
• 5.1.3 梯形翅片结构参数对换热器传热性能的影响59-62
• 5.1.3.1 梯形翅片高度对传热特性的影响59-61
• 5.1.3.2 梯形翅片顶部厚度对换热器传热特性的影响61-62
• 5.2 三角形翅片管换热器计算结果分析62-72
• 5.2.1 三角形翅片管换热器内部煅后焦温度分布结果分析62-65
• 5.2.1.1 煅后焦内部温度沿不同方向的分布62-64
• 5.2.1.2 三角形翅片管换热器膜式壁内侧与换热管外侧温度分布64-65
• 5.2.2 三角形翅片内部温度分布与热流密度变化65-68
• 5.2.2.1 三角形翅片沿着翅片高度方向温度分布与热流密度变化65-67
• 5.2.2.2 三角形翅片内部沿换热器高度方向温度分布67-68
• 5.2.3 三角形翅片结构参数对换热器传热性能的影响68-72
• 5.2.3.1 三角形翅片高度对传热特性的影响68-70
• 5.2.3.2 三角形翅片根部厚度对换热器传热特性的影响70-72
• 5.3 不同形状翅片换热器计算结果对比分析72-74
• 5.3.1 不同形状的翅片对换热器出.处煅后焦温度的影响72-73
• 5.3.2 不同形状的翅片对换热器平均换热系数产生的影响73
• 5.3.3 不同形状的翅片对换热器热回收效率的影响73-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第六章 结论与展望76-79
• 6.1 全文总结76-77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 在读期间公开发表的论文83-84
• 致谢84

【参考文献】

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本文编号：873066