發(fā)布時(shí)間：2020-10-20 13:40

　　 提高換熱器效率可以提高產(chǎn)能、降低能耗,還能提高余熱的二次利用率,這對(duì)解決當(dāng)今社會(huì)資源短缺和能源利用率低下的問(wèn)題有十分重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。管殼式換熱器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造容易和易于維護(hù)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于能源動(dòng)力和石油化工領(lǐng)域。其中弓形折流板換熱器是應(yīng)用最廣泛的一種的管殼式換熱器,在換熱器市場(chǎng)占據(jù)重要份額,但是傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器仍然存在殼側(cè)流動(dòng)死區(qū)大和阻力高的問(wèn)題。針對(duì)傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器存在的問(wèn)題和弊端,本文提出新型垂直式斜折流片管殼式換熱器,旨在優(yōu)化管殼式換熱器殼側(cè)結(jié)構(gòu),進(jìn)而降低泵功消耗和提高換熱效率。本文建立垂直式斜折流片管殼式換熱器三維數(shù)值模型,生成計(jì)算網(wǎng)格,獲得垂直式斜折流片換熱器殼側(cè)三維流場(chǎng)和溫度分布,對(duì)其流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析;通過(guò)三維數(shù)值模擬,獲得其傳熱、阻力和綜合性能,與傳統(tǒng)弓形折流板管殼式換熱器的傳熱和阻力性能進(jìn)行了對(duì)比;詳細(xì)分析了不同折流片傾角、不同布管方式、不同換熱管長(zhǎng)度和不同工質(zhì)對(duì)新型管垂直式斜折流片換熱器性能的影響。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)通過(guò)三維數(shù)值模擬獲得垂直式斜折流片換熱器殼側(cè)流場(chǎng)分布和溫度場(chǎng)分布特性,結(jié)果表明其殼側(cè)流體受斜折流片擾動(dòng)明顯,在殼側(cè)形成傾斜流動(dòng),斜向沖刷換熱管,流場(chǎng)均勻,使得有效換熱面積大,無(wú)明顯流動(dòng)死區(qū)。(2)對(duì)于正三角形布管的垂直式斜折流片換熱器,其殼側(cè)壓降隨折流片傾角的增大而增大,與弓形折流板換熱器相比,正三角形布管的垂直式斜折流片換熱器殼側(cè)壓降可降低10.06%~45.10%,泵功消耗減小,節(jié)能效果明顯。其單位壓降下的傳熱系數(shù)不隨折流片傾角單調(diào)變化,折流片傾角為45°時(shí)其單位壓降下的傳熱系數(shù)比傳統(tǒng)弓形折流板換熱器提高了29.84%~51.43%,綜合性能最優(yōu)。(3)換熱管束的布管方式對(duì)垂直式斜折流片換熱器的性能有一定影響。正方形布管的垂直式斜折流片換熱器單位壓降下的傳熱系數(shù)較弓形折流板換熱器,可提高15.78%~29.79%;正方形布管且換熱管長(zhǎng)度為1000mm時(shí),折流片傾角為60°的垂直式斜折流片換熱器性能最優(yōu)。(4)傾角不同對(duì)應(yīng)換熱器綜合性能最優(yōu)時(shí)的換熱管長(zhǎng)度也不完全同。折流片傾角為30°時(shí),換熱管長(zhǎng)度為1000mm的換熱器綜合性能最優(yōu);折流片傾角為45°時(shí),換熱管長(zhǎng)度為1150mm的換熱器綜合性能最優(yōu);折流片傾角為60°時(shí),換熱管長(zhǎng)度為1150mm的換熱器綜合性能最優(yōu)。以上三種性能最優(yōu)的換熱器與同傾角下?lián)Q熱管長(zhǎng)為800mm的換熱器相比,單位壓降下的傳熱系數(shù)分別提高了2.67%~25.52%、3.38%~17.80%、6.33%~26.88%。(5)當(dāng)工質(zhì)為導(dǎo)熱油時(shí),垂直式斜折流片管殼式換熱器殼側(cè)壓降和傳熱系數(shù)隨折流片傾角和和殼側(cè)入口速度變化趨勢(shì)一致,正三角形布管且換熱管長(zhǎng)度為1000mm時(shí),折流片傾角為45°的垂直式斜折流片換熱器綜合性能最優(yōu)。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TB657.5
【部分圖文】：

螺旋槽紋管是目前使用較多的強(qiáng)化換熱管，其表面經(jīng)軋制而成的內(nèi)外槽紋，凸形向內(nèi)，凹形狀向外，與換熱管軸線(xiàn)形成一定的傾斜角度，可達(dá)到雙面強(qiáng)化的效果，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。常見(jiàn)的螺旋槽紋管有單頭、多頭等類(lèi)型。1997年Rainieri和Pagliarini實(shí)驗(yàn)研究了低雷諾數(shù)工況下單頭螺旋槽紋管的對(duì)流換熱性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明槽深、螺距和工質(zhì)的物性均能影響螺旋槽紋管的換熱性能[10]。2001年Yang等[11]實(shí)驗(yàn)研究了不同螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)下，工質(zhì)為水和油的換熱管的換熱性能，結(jié)果表明，與光滑圓管相比，其傳熱系數(shù)提高了30%以上。圖 1-1 螺旋槽紋管結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-1 Schematic of spirally corrugated tube2、橫紋槽管相比于螺旋槽紋換熱管，橫紋槽管加工簡(jiǎn)單，成本更低，也得到了廣泛的應(yīng)用。如圖1-2所示，橫紋槽管換熱管壁面的環(huán)形凹槽垂直于管軸線(xiàn)，周期性的內(nèi)凹，增加了流體的湍流度，對(duì)管內(nèi)流體的擾動(dòng)作用明顯，有效地削弱了管內(nèi)熱邊界層，達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的[12]。雖然相同工況下橫紋槽管壓降要大于光管的壓降，但其傳熱性能要優(yōu)于光管，且抗垢性能更好。研究表明，影響橫紋槽換熱管性能的結(jié)

2、橫紋槽管相比于螺旋槽紋換熱管，橫紋槽管加工簡(jiǎn)單，成本更低，也得到了廣泛的應(yīng)用。如圖1-2所示，橫紋槽管換熱管壁面的環(huán)形凹槽垂直于管軸線(xiàn)，周期性的內(nèi)凹，增加了流體的湍流度，對(duì)管內(nèi)流體的擾動(dòng)作用明顯，有效地削弱了管內(nèi)熱邊界層，達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的[12]。雖然相同工況下橫紋槽管壓降要大于光管的壓降，但其傳熱性能要優(yōu)于光管，且抗垢性能更好。研究表明，影響橫紋槽換熱管性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要由凹槽間距、凹槽

3、波紋管波紋管也是一種雙面強(qiáng)化換熱管，普通光管經(jīng)過(guò)特殊的機(jī)械加工工藝，其表面形成連續(xù)光滑的周期性變化的曲面，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。流體在換熱管內(nèi)流動(dòng)，流通截面在周期性變化，流速也隨之變化，大截面處流速慢，小截面處流速快，對(duì)壁面的換熱邊界層的沖刷效果明顯，因此，此類(lèi)換熱管抗垢性能也很強(qiáng)。同理，殼側(cè)流體掠過(guò)波紋管外表面時(shí)，也能強(qiáng)化傳熱。宋景東等[14]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：清潔狀態(tài)下，波紋管強(qiáng)化傳熱比光管高20%，而在結(jié)垢狀態(tài)下，能提高80%，波紋管更適合在污臟環(huán)境下使用。圖 1-3 波紋管結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-3 Schematic of corrugated tube4、翅片管翅片管是指在換熱管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)加裝翅片
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本文編號(hào)：2848753