梅花形纵向折流板换热器流动和换热特性数值模拟分析

发布时间：2017-10-04 06:16

  本文关键词：梅花形纵向折流板换热器流动和换热特性数值模拟分析

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【摘要】：本文针对弓形折流板换热器存在的流动和传热死区面积大、壳程压损高等问题,设计了一种纵流式换热器—梅花形纵向折流板换热器,利用CFX对弓形折流板换热器和梅花形纵向折流板换热器壳程的流动和换热过程进行模拟计算。在对比模拟的基础上对不同壳程结构参数下梅花形纵向折流板换热器的性能进行数值分析,并初步研究了换热器壳程的冷凝换热特性。(1)模拟分析两种换热器壳程流场以及温度场发现,弓形折流板换热器壳程内流体呈“Z”字形流动,流体横向冲刷管束,折流板背流面存在大面积流动和传热死区,而梅花形纵向折流板换热器壳程流体呈纵向流动,没有明显的流动停滞区域。在研究的雷诺数范围内,梅花形纵向折流板换热器壳程压降比弓形折流板换热器平均低约25.89%,且两种换热器换热性能十分接近。梅花形纵向折流板换热器的综合性能系数h/?p比弓形折流板换热器平均高出约9.36%。(2)通过比较不同支撑板间距下的梅花形纵向折流板换热器壳程流动和换热特性可得:支撑板间距小的换热器换热性能更高但同时壳程压力损失也更大,板间距越大换热器综合性能越高。(3)分别模拟了ψ=0.13、ψ=0.173和ψ=0.215三种不同开孔率下梅花形纵向折流板换热器的流动和换热过程。计算结果表明:壳程流速越高,换热器壳程压降和换热系数也越大,综合压降和换热性能发现开孔率高的换热器有更好的综合性能。(4)对开孔率一定但通孔数量不同的换热器进行模拟计算,由模拟结果可知:换热器壳程压降、换热管表面的平均对流换热系数以及综合性能系数都随通孔数量的增加而减小。(5)分析了流速范围为5 m/s~20 m/s时换热器壳程内的冷凝换热特性,发现水蒸气在换热管表面的平均冷凝质量流率M′_(H_2O)随着壳程进口流速的提高逐渐增大。
【关键词】：梅花形纵向折流板换热器 开孔率 通孔数 综合性能 数值模拟
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 管壳式换热器壳程强化换热研究现状12-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 梅花形纵向折流板换热器结构设计与数值模拟方法18-28
• 2.1 梅花孔整圆形支撑板设计18-21
• 2.1.1 梅花孔整圆形支撑板设计18-19
• 2.1.2 梅花形纵向折流板换热器零部件结构参数确定19-21
• 2.2 数值模拟方法21-26
• 2.2.1 控制方程21-23
• 2.2.2 控制方程的离散23
• 2.2.3 湍流模型23-24
• 2.2.4 壁面处理方法24-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第三章 梅花形纵向折流板换热器与某小型弓形折流板换热器数值模拟对比研究28-52
• 3.1 换热器模型网格划分与网格无关性验证28-32
• 3.1.1 网格划分28-31
• 3.1.2 网格无关性验证31-32
• 3.2 边界条件与特性参数计算32-34
• 3.2.1 边界条件设置32-33
• 3.2.2 特性参数计算33-34
• 3.3 数值计算模型可靠性验证34-36
• 3.3.1 模型验证计算34-35
• 3.3.2 验证结果分析35-36
• 3.4 梅花形纵向折流板换热器与某小型弓形折流板换热器对比模拟研究36-47
• 3.4.1 梅花形纵向折流板换热器与小型弓形折流板换热器壳程流场模拟结果对比分析37-41
• 3.4.2 梅花形纵向折流板换热器与小型弓形折流板换热器壳程温度分布模拟结果对比分析41-43
• 3.4.3 梅花形纵向折流板换热器与小型弓形折流板换热器壳程压力分布模拟结果分析43-47
• 3.5 梅花形纵向折流板换热器与小型弓形折流板换热器壳程流动和换热特性参数对比47-49
• 3.6 本章小结49-52
• 第四章 梅花形纵向折流板换热器性能分析52-72
• 4.1 支撑板间距对梅花形纵向折流板换热器壳程流动和换热影响模拟计算52-59
• 4.1.1 不同支撑板间距换热器UG模型52-53
• 4.1.2 壳程压降分析53
• 4.1.3 换热性能分析53-58
• 4.1.4 综合性能分析58-59
• 4.2 开孔率对梅花形纵向折流板换热器壳程流动和换热影响模拟计算59-64
• 4.2.1 不同开孔率支撑板UG模型59-60
• 4.2.2 不同开孔率换热器壳程流动特性分析60-62
• 4.2.3 不同开孔率换热器壳程换热特性分析62-64
• 4.2.4 综合性能分析64
• 4.3 不同通孔数对梅花形纵向折流板换热器壳程流动和换热影响模拟计算64-70
• 4.3.1 UG模型65
• 4.3.2 壳程流动特性分析65-67
• 4.3.3 壳程换热性能分析67-69
• 4.3.4 综合性能分析69-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 梅花形纵向折流板换热器壳程冷凝换热特性初步模拟研究72-78
• 5.1 冷凝模型及边界条件72-75
• 5.1.1 CFX中的冷凝模型72-74
• 5.1.2 边界条件74-75
• 5.2 计算结果分析75-77
• 5.3 本章小结77-78
• 总结与展望78-82
• 总结78-79
• 展望79-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：969074