两类典型换热管换热性能的数值模拟与优化

发布时间：2017-09-21 21:10

  本文关键词：两类典型换热管换热性能的数值模拟与优化

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【摘要】：换热器广泛应用在制冷、化工、石油、动力等行业中,它是这些行业中的通用设备,并在这些工业中占有特别重要的地位,尤其是在化学加工和石油炼制中。管壳式换热器是目前应用最广泛,也是最重要的一种。所以研究管壳式换热器强化传热是非常有必要的。本文分别就管程换热器与壳程壳程的强化传热做了数值模拟研究。管程强化传热以正弦波纹管作为研究对象,采用简化的二维波纹管模型研究了波幅、波距以及雷诺数对正弦波纹管强化换热的影响。通过对比八种波型的正弦波纹管结果表明,波纹管波幅对波纹管换热影响显著,而波距对波纹管换热影响不显著,并用场协同原理分析其原因。进一步探讨波幅与波距的比值ξ对正弦波纹管强化换热的影响,结果显示ξ=0.25～0.30之间的波纹管管型换热量较大。同时计算了不同雷诺数下波纹管的综合换热性能PEC。结果表明,雷诺数较小时波纹管的综合换热性能PEC较小,甚至小于1,而在较高雷诺数下模拟的结果中最大的PEC能达到1.3左右。通过数值计算得到了正弦波纹管强化传热的最优结构以及最佳传热雷诺数范围。壳程的强化传热以传统弓形折流板作为研究对象进行数值模拟研究及传热优化。在折流板上适当开孔是一个能提高换热器综合换热性能的有效方法。文章通过对七种开孔方案的对比研究,分析了开孔前后的传热特征以及压降特征。研究表明,折流板的开孔面积和开孔位置是影响其换热的两个重要因素。最后通过综合换热性能评价因子EEC研究发现,在所研究的开孔面积范围内,开孔面积越大,EEC越好；在相同开孔面积的方案中,在折流板压强较大的区域开孔,EEC越大。不同雷诺数下,EEC的优化趋势不同。在开孔面积较大时,低雷诺数下,EEC更大；在开孔面积较小时,高雷诺数下的EEC更大。但是对整个优化方案的选取没有影响。
【关键词】：正弦波纹管 折流板开孔 数值模拟 传热优化
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 管壳式换热器数值模拟研究现状11-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第二章 传热优化基本理论以及换热器的评价方案16-19
• 2.1 强化传热的基本途径16
• 2.2 强化传热的基本理论16-17
• 2.3 换热器换热性能的评价17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 管式换热器流动与传热数值模拟基本理论和方法19-27
• 3.1 流动传热控制方程19-20
• 3.2 湍流模型及数值模拟方法20-22
• 3.3 基于动量交换的浸入边界格子玻尔兹曼方法22-26
• 3.3.1 格子玻尔兹曼方法22-24
• 3.3.2 浸入边界法24-25
• 3.3.3 动量交换计算力25
• 3.3.4 改进的基于动量交换的浸入边界格子玻尔兹曼方法25-26
• 3.4 本章小结26-27
• 第四章 正弦波纹管综合换热性能的数值模拟及优化27-38
• 4.1 模型的建立27-29
• 4.1.1 物理模型的建立27
• 4.1.2 网格划分及求解设置27-29
• 4.2 模拟结果及分析29-37
• 4.2.1 MEIB-LBM数值模拟波纹管换热29-30
• 4.2.2 波幅对波纹管换热的影响分析30-32
• 4.2.3 波距对波纹管强化换热的影响32
• 4.2.4 A/S的优化与综合换热性能的分析32-37
• 4.3 结论37-38
• 第五章 弓形折流板换热器的开孔数值模拟及传热优化38-52
• 5.1 模型建立38-40
• 5.1.1 物理模型38
• 5.1.2 网格划分及计算求解38-40
• 5.2 数值模拟结果与讨论40-51
• 5.2.1 数据处理40
• 5.2.2 单弓型折流板换热器的传热特性40-43
• 5.2.3 折流板开孔方案43-44
• 5.2.4 折流板开孔后的传热分析44-45
• 5.2.5 折流板开孔后的压降分析45-47
• 5.2.6 换热器综合换热性能评价47-51
• 5.3 结论51-52
• 第六章 总结与展望52-54
• 参考文献54-59
• 致谢59-60
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果60

【参考文献】

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本文编号：896875