管壳式换热器传热对比研究与数值模拟

发布时间：2017-06-23 18:11

  本文关键词：管壳式换热器传热对比研究与数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其它许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。由于能源价格飙升,对换热器的强化传热研究一直备受关注。管壳式换热器由于结构可靠、技术成熟、适用面广,是目前国内外换热设备的主要结构形式。管壳式换热器多采用单弓形折流板,和圆管管束结构,该换热器制造相对简单、适应性强、处理量大,但壳侧流动阻力大,实际传热效果远低于理论值。 为了提高整个换热器的综合传热性能,本文将低流阻、高传热效率的壳程传热支撑结构与高效强化传热管相结合,从实验和数值模拟两方面对传热过程进行了研究,研究的主要内容如下: ⑴表面强化传热通常已被用于工艺过程并改善传热设备的整体性能。本文研究了圆管换热器、波节管换热器和螺旋波纹管换热器的传热性能并做了对比。实验结果表明了在雷诺数从5000到30000的范围内波节管对换热器的对流强化传热非常有效。与圆管相比,波节管管内换热系数提高了167.8%,螺旋波纹管提高了60.2%。 ⑵在研究换热器壳程结构的基础上,研究发现折流杆换热器比折流板换热器具有更低的压力损失和更高的传热系数。同时折流杆换热器还具有好的抗震性能、防结垢等优点。折流栅作支撑元件时壳程压力降要比采用折流板的换热器小20%~60%,传热系数反而可提高18%~55%。 ⑶折流杆和折流板的间距对换热器的总传热系数有重要的影响。通过对比支撑元件间距为14.2cm、19.4cm、24.2cm的换热器,发现间距越小对传热越有利。 ⑷运用VC++编程曲线拟合实验数据,得到不同壳程结构和换热管的传热关联式。 ⑸采用FLUENT软件,分别利用单元模型和三维实体模型,对温度场及速度场进行了数值模拟,通过对模拟结果和实验数据的对比分析,验证了数值模拟结果和实验数据的正确性和可靠性。
【关键词】：管壳式换热器 强化传热 数值模拟 FLUENT
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TQ051.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 管壳式强化传热换热器研究进展11-17
• 1.1.1 管程强化传热的研究11-13
• 1.1.2 壳程强化传热研究13-17
• 1.2 强化传热性能分析及评价17-18
• 1.3 研究的目的和意义18-19
• 1.4 本文的研究内容19-20
• 2 理论分析20-25
• 2.1 实验基本原理20-22
• 2.2 微分衡算方程22-25
• 3 实验部分25-29
• 3.1 实验材料25
• 3.2 仪器仪表和设备25-26
• 3.3 实验装置及工艺流程26-27
• 3.4 实验方案27-29
• 4 实验结果及讨论29-52
• 4.1 实验数据拟合分析29-33
• 4.2 换热器综合性能对比33-35
• 4.3 管程传热数据处理35-40
• 4.3.1 诱导振动对管内强化传热的影响35-37
• 4.3.2 异形管对管内强化传热的影响37-40
• 4.4 壳程数据处理方法40-41
• 4.5 壳程传热数据处理41-46
• 4.5.1 折流杆间距对壳程传热的影响41-43
• 4.5.2 折流杆和折流板对换热器壳程传热的影响43-44
• 4.5.3 换热管外壁对壳程传热的影响44-46
• 4.6 壳程压降处理方法46-47
• 4.7 壳程压降数据处理47-52
• 4.7.1 折流栅间距对压降的影响47-49
• 4.7.2 折流栅与折流板的壳程压降对比49-50
• 4.7.3 换热管外壁面形状对压降的影响50-52
• 5 传热过程的数值模拟52-77
• 5.1 FLUENT 的介绍52-54
• 5.1.1 FLUENT 的应用范围52-53
• 5.1.2 FLUENT 的求解过程53-54
• 5.2 流体流动和传热控制方程54-55
• 5.3 湍流模型55-62
• 5.4 数值模拟62-77
• 5.4.1 单元模型分析62-71
• 5.4.2 三维实体模型分析71-77
• 6 结论77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 附录Ⅰ攻读硕士学位期间拟发表的的论文84-85
• 附录Ⅱ重要符号说明85-86
• 附录Ⅲ水的物性数据表86-87
• 附录Ⅳ传热实验数据记录示例87

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 黄锦华;孙桓五;李小珊;陈晋兵;;弓形折流板对消防车取力器换热装置换热影响的研究[J];机械管理开发;2011年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 林欧;基质沥青快速升温设备的研究[D];长安大学;2011年

2 胡琼;管壳式换热器冷凝传热研究与数值模拟[D];华中科技大学;2011年

3 鲍仲辅;集成化喷补式沥青路面养护机械关键技术的研究[D];华南理工大学;2010年

4 张江勇;生物质燃料加热设备的设计、分析及试验研究[D];太原理工大学;2012年

5 孙凤丹;换热器中单管流动和传热的CFD模拟[D];天津大学;2012年

6 焦兰;三叶孔整圆形支撑板换热器的实验及数值模拟研究[D];华中科技大学;2011年

  本文关键词：管壳式换热器传热对比研究与数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：475871