扇叶型折流板换热器壳程传热性能及管束动特性研究
发布时间：2021-05-16 09:50
随着社会的发展,能源问题日渐突出,传统的化石能源日渐枯竭,节能减排和新型能源开发一直是能源领域的热点。换热器作为能源领域余热回收、热能传递的重要设备,其效能将直接影响能源的利用率。换热器的可靠性影响着整个生产流程,流体诱导振动是导致管壳式换热器失效的主要原因之一,长久以来相关工作者们提出了多种抗振措施,笔者在前人研究的基础上提出了一种扇叶型折流板换热器来预防流体诱导振动,并比较了扇叶型折流板换热器和螺旋折流板换热器性能。研究了不同结构参数对该换热器性能的影响,最后利用“缝接法”对扇叶型折流板换热器内换热管动态特性进行了分析。本文主要研究内容及成果如下:（1）为了更好地抑制流体诱导振动,根据前人研究成果提出了一种扇叶型折流板换热器,并利用CFD软件FLUENT对比研究了扇叶型折流板换热器和螺旋折流板壳程传热性能,结果显示:雷诺数在25007500时,扇叶型折流板换热器壳程传热系数比螺旋折流板换热器提高了3.19%48.48%;螺旋折流板换热器壳程压降比扇叶型折流板换热器降低了45.19%47.06%;当雷诺数大于6500时...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 流体诱导振动机理及危害
1.2.1 流体弹性激励
1.2.2 旋涡脱离
1.2.3 紊流抖振
1.2.4 声共振
1.2.5 其他因素
1.2.6 流体诱导振动的破坏方式及危害
1.3 流体诱导振动预防及应用
1.3.1 防振设计指南
1.3.2 防振判据
1.3.3 防振措施
1.3.4 振动应用研究现状
1.4 管壳式换热器性能研究现状
1.5 管壳式换热器换热管动特性研究现状
1.6 问题的提出和文章内容简述
1.6.1 问题的提出
1.6.2 文章内容简述
2 数值模拟基本理论及方法
2.1 引言
2.2 流体流动及传热控制方程
2.2.1 质量守恒方程(连续性方程)
2.2.2 动量守恒方程
2.2.3 能量守恒方程
2.3 数值模拟基本理论及方法
2.3.1 直接数值模拟
2.3.2 大涡模拟
2.3.3 雷诺时均数值模拟
2.3.4 数据处理方法
2.3.5 换热器性能指标
2.3.6 大型商用CFD软件FLUENT简介
2.4 网格独立性及模拟准确性验证
2.4.1 网格独立性验证
2.4.2 模拟方法准确性验证
2.5 本章小结
3 扇叶型折流板换热器与螺旋折流板换热器性能比较
3.1 引言
3.2 整体模型的建立
3.3 边界条件设置
3.4 不同管束支撑结构下换热器性能研究
3.5 不同管束支撑结构换热器壳程流场分析
3.6 不同管束支撑下换热器传热机理比较
3.7 本章小结
4 不同结构参数对扇叶型折流板换热器性能影响
4.1 换热器壳程流体周期性特征
4.2 折流板安装角对扇叶型折流板换热器性能的影响
4.2.1 周期性模型的建立
4.2.2 边界条件及求解设置
4.2.3 流场分析
4.2.4 壳程传热性能分析
4.2.5 壳程综合性能分析
4.2.6 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.2.7 小结
4.3 布管方式对扇叶型折流板换热器性能影响
4.3.1 布管改变前后换热器性能比较
4.3.2 流场及温度场分析
4.3.3 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.3.4 小结
4.4 折流板设置对扇叶型折流板换热器性能的影响
4.4.1 不同折流板设置下换热器性能比较
4.4.2 流场分析
4.4.3 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.4.4 小结
4.5 折流板间距对扇叶型折流板换热器性能的影响
4.5.1 不同折流板间距的扇叶型折流板换热器性能比较
4.5.2 流场分析
4.5.3 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.5.4 小结
4.6 本章小结
5 扇叶型折流板换热器换热管动特性分析
5.1 扇叶型折流板换热器换热管基频计算方法研究
5.1.1 计算模型简化及有限元离散化
5.1.2 谱分析法准确性验证
5.1.3 缝接法准确性验证
5.2 扇叶型折流板换热器换热管动特性分析
5.2.1 不同结构参数对扇叶型折流板换热器换热管基频影响
5.2.2 扇叶型折流板换热器抑振设计建议
5.3 本章小结
6 结论及展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
个人简历
在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机1次表面换热器流动换热性能分析[J]. 刘荫泽,张声宝,董威,刘振宇,于霄. 航空发动机. 2017(04)
[2]轴向力作用下换热管固有频率分析[J]. 范森,董金善,姚扬. 石油机械. 2017(05)
[3]列管式换热器管束防振问题探讨[J]. 周丹黎. 能源化工. 2016(03)
[4]基于单元流道模型的三叶孔板换热器热力性能研究[J]. 周帼彦,史燕华,郭震,朱凌云,涂善东. 压力容器. 2016(04)
[5]换热管固有频率计算方法[J]. 苏文献,陈功. 上海理工大学学报. 2015(06)
[6]基于卡门涡街原理的管式换热器振动分析[J]. 蒋振超. 机电信息. 2015(27)
[7]变螺距搭接螺旋折流板换热器综合性能[J]. 杜婷婷,车凯,王丹华,程林. 化工学报. 2015(S2)
[8]大型管壳式换热器的设计与制造[J]. 赵景玉,黄英,赵石军. 压力容器. 2015(03)
[9]板翅换热器流道结构改进与流体流动性能分析[J]. 刘景成,张树有,周智勇. 机械工程学报. 2014(18)
[10]管壳式换热器数值模拟与斜向流换热器研究[J]. 付小亮,张伟. 现代制造技术与装备. 2014(05)
博士论文
[1]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[2]递级流管壳式换热器壳程侧强化传热研究[D]. 马璐.郑州大学 2018
[3]螺旋折流板管壳式换热器壳程流动与传热机理分析与性能研究[D]. 汲水.山东大学 2011
[4]振动强化传热机理分析及新型振动传热元件实验研究[D]. 姜波.山东大学 2010
[5]管壳式换热器数值模拟与斜向流换热器研究[D]. 古新.郑州大学 2006
[6]换热器管束动态特性分析及流体诱导振动研究[D]. 赖永星.南京工业大学 2006
硕士论文
[1]换热器传热管流致振动碰磨分析与试验研究[D]. 邵海磊.郑州大学 2016
[2]内外充液换热管流体诱导振动双向流固耦合作用机理的数值模拟研究[D]. 朱雨.南昌大学 2015
[3]脉冲流体诱导振动的热流固耦合强化传热机理研究[D]. 黄鹏.南昌大学 2015
[4]换热器管束流体弹性不稳定性的随机特性研究[D]. 张琦.哈尔滨工程大学 2014
[5]弓形折流板换热器壳程流体流动与传热的数值模拟[D]. 乔智晶.哈尔滨工程大学 2009
[6]管壳式冷凝器振动与噪声特性研究[D]. 黄政.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3189478
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 流体诱导振动机理及危害
1.2.1 流体弹性激励
1.2.2 旋涡脱离
1.2.3 紊流抖振
1.2.4 声共振
1.2.5 其他因素
1.2.6 流体诱导振动的破坏方式及危害
1.3 流体诱导振动预防及应用
1.3.1 防振设计指南
1.3.2 防振判据
1.3.3 防振措施
1.3.4 振动应用研究现状
1.4 管壳式换热器性能研究现状
1.5 管壳式换热器换热管动特性研究现状
1.6 问题的提出和文章内容简述
1.6.1 问题的提出
1.6.2 文章内容简述
2 数值模拟基本理论及方法
2.1 引言
2.2 流体流动及传热控制方程
2.2.1 质量守恒方程(连续性方程)
2.2.2 动量守恒方程
2.2.3 能量守恒方程
2.3 数值模拟基本理论及方法
2.3.1 直接数值模拟
2.3.2 大涡模拟
2.3.3 雷诺时均数值模拟
2.3.4 数据处理方法
2.3.5 换热器性能指标
2.3.6 大型商用CFD软件FLUENT简介
2.4 网格独立性及模拟准确性验证
2.4.1 网格独立性验证
2.4.2 模拟方法准确性验证
2.5 本章小结
3 扇叶型折流板换热器与螺旋折流板换热器性能比较
3.1 引言
3.2 整体模型的建立
3.3 边界条件设置
3.4 不同管束支撑结构下换热器性能研究
3.5 不同管束支撑结构换热器壳程流场分析
3.6 不同管束支撑下换热器传热机理比较
3.7 本章小结
4 不同结构参数对扇叶型折流板换热器性能影响
4.1 换热器壳程流体周期性特征
4.2 折流板安装角对扇叶型折流板换热器性能的影响
4.2.1 周期性模型的建立
4.2.2 边界条件及求解设置
4.2.3 流场分析
4.2.4 壳程传热性能分析
4.2.5 壳程综合性能分析
4.2.6 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.2.7 小结
4.3 布管方式对扇叶型折流板换热器性能影响
4.3.1 布管改变前后换热器性能比较
4.3.2 流场及温度场分析
4.3.3 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.3.4 小结
4.4 折流板设置对扇叶型折流板换热器性能的影响
4.4.1 不同折流板设置下换热器性能比较
4.4.2 流场分析
4.4.3 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.4.4 小结
4.5 折流板间距对扇叶型折流板换热器性能的影响
4.5.1 不同折流板间距的扇叶型折流板换热器性能比较
4.5.2 流场分析
4.5.3 传热及阻力无量纲关联式拟合
4.5.4 小结
4.6 本章小结
5 扇叶型折流板换热器换热管动特性分析
5.1 扇叶型折流板换热器换热管基频计算方法研究
5.1.1 计算模型简化及有限元离散化
5.1.2 谱分析法准确性验证
5.1.3 缝接法准确性验证
5.2 扇叶型折流板换热器换热管动特性分析
5.2.1 不同结构参数对扇叶型折流板换热器换热管基频影响
5.2.2 扇叶型折流板换热器抑振设计建议
5.3 本章小结
6 结论及展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
个人简历
在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机1次表面换热器流动换热性能分析[J]. 刘荫泽,张声宝,董威,刘振宇,于霄. 航空发动机. 2017(04)
[2]轴向力作用下换热管固有频率分析[J]. 范森,董金善,姚扬. 石油机械. 2017(05)
[3]列管式换热器管束防振问题探讨[J]. 周丹黎. 能源化工. 2016(03)
[4]基于单元流道模型的三叶孔板换热器热力性能研究[J]. 周帼彦,史燕华,郭震,朱凌云,涂善东. 压力容器. 2016(04)
[5]换热管固有频率计算方法[J]. 苏文献,陈功. 上海理工大学学报. 2015(06)
[6]基于卡门涡街原理的管式换热器振动分析[J]. 蒋振超. 机电信息. 2015(27)
[7]变螺距搭接螺旋折流板换热器综合性能[J]. 杜婷婷,车凯,王丹华,程林. 化工学报. 2015(S2)
[8]大型管壳式换热器的设计与制造[J]. 赵景玉,黄英,赵石军. 压力容器. 2015(03)
[9]板翅换热器流道结构改进与流体流动性能分析[J]. 刘景成,张树有,周智勇. 机械工程学报. 2014(18)
[10]管壳式换热器数值模拟与斜向流换热器研究[J]. 付小亮,张伟. 现代制造技术与装备. 2014(05)
博士论文
[1]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[2]递级流管壳式换热器壳程侧强化传热研究[D]. 马璐.郑州大学 2018
[3]螺旋折流板管壳式换热器壳程流动与传热机理分析与性能研究[D]. 汲水.山东大学 2011
[4]振动强化传热机理分析及新型振动传热元件实验研究[D]. 姜波.山东大学 2010
[5]管壳式换热器数值模拟与斜向流换热器研究[D]. 古新.郑州大学 2006
[6]换热器管束动态特性分析及流体诱导振动研究[D]. 赖永星.南京工业大学 2006
硕士论文
[1]换热器传热管流致振动碰磨分析与试验研究[D]. 邵海磊.郑州大学 2016
[2]内外充液换热管流体诱导振动双向流固耦合作用机理的数值模拟研究[D]. 朱雨.南昌大学 2015
[3]脉冲流体诱导振动的热流固耦合强化传热机理研究[D]. 黄鹏.南昌大学 2015
[4]换热器管束流体弹性不稳定性的随机特性研究[D]. 张琦.哈尔滨工程大学 2014
[5]弓形折流板换热器壳程流体流动与传热的数值模拟[D]. 乔智晶.哈尔滨工程大学 2009
[6]管壳式冷凝器振动与噪声特性研究[D]. 黄政.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3189478
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