本文關(guān)鍵詞：螺旋折流板換熱器強(qiáng)化傳熱性能研究及新型折流板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：作為諸多工業(yè)過(guò)程中廣泛應(yīng)用的通用設(shè)備,管殼式換熱器強(qiáng)化傳熱性能的研究對(duì)促進(jìn)能源、資源利用的最大化,進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的目的具有重要意義。螺旋折流板結(jié)構(gòu)的提出,有效的解決了傳統(tǒng)弓形折流板換熱器殼程流動(dòng)存在流動(dòng)死區(qū)、流阻大、易結(jié)垢和振動(dòng)等缺點(diǎn),受到廣泛關(guān)注。本文以換熱器強(qiáng)化傳熱研究技術(shù)為背景,采用數(shù)值研究的方法,殼程介質(zhì)為常物性液態(tài)水,對(duì)比分析了不同管束支撐結(jié)構(gòu)下及不同螺旋折流板結(jié)構(gòu)下?lián)Q熱器的流動(dòng)和傳熱性能,總結(jié)螺旋折流板換熱器強(qiáng)化傳熱機(jī)理。創(chuàng)新的提出多種螺旋折流板優(yōu)化結(jié)構(gòu),強(qiáng)化換熱器傳熱。本文的主要內(nèi)容及研究成果如下:(1)通過(guò)對(duì)比分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,確定了換熱器的數(shù)值計(jì)算模型。換熱器強(qiáng)化傳熱研究中,湍流模型采用Realizable k-ε方程模型,壓力和速度耦合采用SIMPLE算法,動(dòng)量、能量、湍動(dòng)能和湍流耗散率離散采用二階迎風(fēng)格式。邊界條件為速度進(jìn)口、壓力出口、換熱管束壁面溫度設(shè)置為恒壁溫。(2)定量的對(duì)比分析了不同管束支撐結(jié)構(gòu)下?lián)Q熱器殼程傳熱系數(shù)、壓降和綜合性能。殼程雷諾數(shù)在2200~6200范圍內(nèi),桿式支撐和片式支撐結(jié)構(gòu)換熱器其殼程傳熱性能和綜合性能均明顯小于弓形折流板和四分螺旋折流板換熱器。同弓形折流板換熱器相比,四分螺旋折流板換熱器殼程流動(dòng)較為均勻,殼程流體充分發(fā)展段壓力損失表現(xiàn)為沿程損失。弓形折流板換熱器殼程溫度、速度、壓力分布均表現(xiàn)出明顯的不連續(xù)性,殼程流體充分發(fā)展段壓力損失表現(xiàn)為沿程損失和局部損失。(3)對(duì)比分析了不同螺旋折流板結(jié)構(gòu)下?lián)Q熱器殼程性能。三分螺旋折流板換熱器殼程傳熱系數(shù)和殼程綜合性能均明顯低于連續(xù)螺旋折流板和四分螺旋折流板換熱器。同連續(xù)螺旋折流板換熱器相比,四分螺旋折流板換熱器殼程流動(dòng)狀態(tài)較為復(fù)雜,除螺旋流動(dòng)外,還摻雜有明顯的局部斜向流動(dòng)。連續(xù)螺旋折流板換熱器殼程流體流動(dòng)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的協(xié)同性較好,性能優(yōu)于四分螺旋折流板換熱器。(4)分析了阻流板及阻流板長(zhǎng)度對(duì)四分螺旋折流板換熱器性能的影響。增加阻流板后,換熱器殼程傳熱性能和綜合性能均增大。換熱器殼程傳熱系數(shù)和殼程壓降均隨阻流板長(zhǎng)度的增加而增加,折流板螺旋角為15o,當(dāng)阻流板長(zhǎng)度增加到7r/9時(shí),其殼程傳熱性能基本同阻流板完全堵住三角區(qū)時(shí)相同,換熱器綜合性能最優(yōu)。阻流板長(zhǎng)度為7r/9時(shí),四分螺旋折流板換熱器殼程傳熱系數(shù)、壓降、綜合性能較常規(guī)螺旋折流板換熱器分別增加8.82%~9.61%、8.60%~9.02%、3.44%~5.33%。(5)搭接結(jié)構(gòu)能夠明顯改善換熱器性能,搭接折流板結(jié)構(gòu)下,搭接量為1/4時(shí)換熱器綜合性能達(dá)到最大。(6)折面結(jié)構(gòu)能夠明顯改善換熱器性能,折面量為1/5時(shí)換熱器綜合性能達(dá)到最大,1/5折面四分螺旋折流板換熱器殼程傳熱系數(shù)、壓降、綜合性能較常規(guī)螺旋折流板換熱器分別增加11.67%~15.78%、29.57%~30.70%、1.86%~5.45%。(7)提出變角度四分螺旋折流板結(jié)構(gòu)。大螺旋角時(shí),通過(guò)減小螺旋折流板殼程進(jìn)口第一個(gè)螺旋周期的螺旋角,能夠有效的強(qiáng)化換熱器傳熱,提高換熱器殼程綜合性能。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TK172

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