翅片管换热器强化传热与流阻性能分析及结构优化

发布时间：2017-08-16 00:18

  本文关键词：翅片管换热器强化传热与流阻性能分析及结构优化

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【摘要】：换热器是化工、能源、空分等过程工业中热力系统和制冷设备的关键设备之一。随着空分所用设备越来越大,使换热器朝着专业化、高效率方向演变对缩减空分设备所占用的空间和节约生产成本是极其重要的,因此强化传热技术在换热器的应用很有意义。针对对流换热系数相差悬殊的换热介质,需要对换热系数小的一侧进行强化传热,强化传热方法有多种。本文以空气压缩机级间冷却器中水冷系统的翅片管换热器为研究对象,研究了翅片间距、翅片厚度、管间距等因素与传热效率及流阻性能的关系,主要采用CFD进行了翅片管空气侧模拟并结合场协同原理,对照实验验证模拟结果的可靠性,针对空气侧的流场和温度场的特点,分析了影响开缝翅片管传热及流阻特能的重要因素,从而提出相应的结构优化方案,这对工程设计具有重要的意义。主要研究内容和所取得的成果如下：1、建立了平直翅片管换热器流动与传热的数值模型,主要比较翅片在开孔、带凸起的窄条等不同结构下翅片间空气的流场和温度场的分布特点,同时结合场协同原理,分析开缝翅片管换热器的强化传热机理。2、采用控制变量的方法单独研究了入口速度、几何结构参数—翅片间距、翅片厚度、开缝高度、管间距、翅片厚度等因素对双向开缝翅片管换热器传热及流阻性能的影响规律,从而为双向开缝翅片管换热器的优化设计提供指导。3.运用正交优化设计手段,在工程实际应用的几何结构变化范围内,确定最优几何结构参数,结果表明：翅片间距为1.8mm、开缝高度为1.08mm、翅片厚度为0.3mm的双向开缝翅片管具有最佳的综合性能。同时换热和流阻性能测定实验结果也表明,与一些翅片管换热器(开缝高度为1.25mm,翅片间距分别为1.8mm、2.0mm、2.5mm,翅片厚度为0.2mm)相比较,优化设计的翅片管换热器具有最好的综合性能。本文研究成果为翅片管换热器的翅片管设计提供了理论依据。
【关键词】：翅片管 强化传热 场协同原理 数值模拟 传热特性 阻力特性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 符号说明12-13
• 1 绪论13-29
• 1.1 课题的背景与意义13-14
• 1.2 翅片管的结构分类与特征14-16
• 1.2.1 翅片管结构类型15-16
• 1.2.2 翅片的形状及特征16
• 1.3 翅片管换热器强化传热发展现状16-24
• 1.3.1 换热器强化传热分类17
• 1.3.2 翅片管换热器强化传热机理17-20
• 1.3.3 强化传热性能的评价方法20-21
• 1.3.4 几种典型的强化传热翅片研究现状21-24
• 1.4 翅片管换热器研究进展24-27
• 1.4.1 翅片管换热器实验研究进展24-25
• 1.4.2 翅片管换热器数值模拟的研究进展25-27
• 1.5 本文主要研究内容27-29
• 2 平直翅片管数值模拟的模型建立及场协同原理分析29-49
• 2.1 引言29
• 2.2 平直翅片管换热器数值模拟几何模型29-33
• 2.2.1 几何模型29-32
• 2.2.2 网格划分32-33
• 2.3 基本假设及数学模型33-35
• 2.3.1 模型基本假设33
• 2.3.2 流动控制方程33-35
• 2.4 边界条件及求解方法35-37
• 2.5 计算模型的验证37-39
• 2.5.1 平直翅片管换热器传热及阻力理论依据37-39
• 2.5.2 数值模拟结果可靠性验证39
• 2.6 四种翅片形式的换热流动模拟结果分析和场协同原理分析39-46
• 2.6.1 场协同理论39-40
• 2.6.2 翅片形式对流动的影响40-44
• 2.6.3 翅片形式对传热的影响44-45
• 2.6.4 场协同分析45-46
• 2.7 本章小结46-49
• 3 双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响因素分析49-79
• 3.1 引言49
• 3.2 各参数对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响49-63
• 3.2.1 入口风速对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响50-53
• 3.2.2 翅片间距对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响53-56
• 3.2.3 开缝高度对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响56-58
• 3.2.4 翅片厚度对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响58-59
• 3.2.5 横向管间距对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响59-61
• 3.2.6 纵向管间距对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响61-63
• 3.3 各几何参数组合对双向开缝翅片管传热与流阻性能的影响63-76
• 3.3.1 正交方案的选取63-64
• 3.3.2 正交优化设计64-66
• 3.3.3 结果分析(极差分析)66-73
• 3.3.4 综合平衡确定最优参数组合73-76
• 3.4 本章小结76-79
• 4 平直翅片管换热器换热和流阻性能试验研究79-91
• 4.1 引言79
• 4.2 换热器的换热和流阻性能测定实验平台79-81
• 4.3 换热器的换热系数测定原理81-82
• 4.4 实验研究对象82-90
• 4.4.1 试件详细尺寸82-84
• 4.4.2 实验数据的测量与处理84-86
• 4.4.3 实验结果及其讨论86-89
• 4.4.4 误差分析89-90
• 4.5 本章小结90-91
• 5 结论与展望91-95
• 5.1 主要研究内容与结论91-92
• 5.2 主要创新点92
• 5.3 后续研究展望92-95
• 参考文献95-103
• 作者简历103-104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：680593