本文關(guān)鍵詞：夾套式熱管換熱器多場數(shù)值模擬與優(yōu)化研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中南大學(xué)》 2010年

夾套式熱管換熱器多場數(shù)值模擬與優(yōu)化研究

張嶺  

【摘要】： 換熱器是工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備,針對(duì)傳統(tǒng)換熱器普遍存在低溫露點(diǎn)腐蝕的問題,以夾套式熱管作為傳熱元件的熱管換熱器作為一種新型換熱器,憑借傳熱效率高、壓力損失小、防止震動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢,得到了迅速發(fā)展。 本文針對(duì)夾套式熱管及其換熱器,以計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT6.3為平臺(tái),以實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)為邊界條件,對(duì)熱管元件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。并選用k-ε雙方程模型對(duì)夾套式熱管換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。 本文的主要研究工作及結(jié)論如下： 1)通過熱管實(shí)驗(yàn),得出不同充液率下,熱管內(nèi)部工質(zhì)和管外壁的溫度分布,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式回歸,計(jì)算出等效導(dǎo)熱系數(shù)和充液率的關(guān)系式。利用能量守恒原理,算出熱管總換熱量,得到了熱管工質(zhì)蒸汽蒸發(fā)速度和工質(zhì)對(duì)流換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。 2)利用仿真軟件FLUENT,得出了5種不同充液率、3種不同加熱功率下,熱管內(nèi)部工質(zhì)的溫度分布。結(jié)果顯示：離熱管頂部最近的地方溫度最高,在熱管頂部蒸汽出現(xiàn)回流現(xiàn)象；熱管內(nèi)部工質(zhì)的速度最低的地方出現(xiàn)在熱管上部靠近冷卻水管的地方,此處的冷凝速率達(dá)到最大值；數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差小于5%。 3)熱管管壁溫度模擬結(jié)果顯示,管壁溫度由底部到熱管頂部逐步上升。對(duì)于充液率40%的熱管,上升幅度越來越�。怀湟郝蕿�50%的熱管,當(dāng)橫向坐標(biāo)在7.5mm～22.5mm區(qū)間內(nèi)時(shí),溫度接近于線性上升,之后上升幅度變小。 4)選用SIMPLE算法,對(duì)熱管換熱器殼程內(nèi)部場進(jìn)行了模擬計(jì)算,分析了不同流量時(shí),速度、溫度、局部對(duì)流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律：管排周圍溫度等值線比較密集,溫度梯度較大,而在每組管束中間區(qū)域及管束與殼壁之間的區(qū)域,溫度分布均勻,溫度梯度較�。浑S著流量的增大,速度增大,湍動(dòng)程度加劇,從而換熱系數(shù)也隨之增大。但熱管換熱器的換熱溫差會(huì)降低；煙氣流經(jīng)管束時(shí),在管束尾部形成一個(gè)楔形的渦流區(qū),速度在流體出現(xiàn)脫體的地方達(dá)到最大。湍流強(qiáng)度在中心區(qū)域最大,中心區(qū)域的換熱強(qiáng)度明顯高于邊緣處。 5)研究分析了熱管換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)換熱器的換熱及阻力的影響,得出了換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果：橫向管距114mm-120mm之間；縱向管距120-125mm；翅片高度不應(yīng)高于26.5mm；翅片間距6mm。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TK172
【目錄】：

摘要4-6

ABSTRACT6-8

目錄8-10

符號(hào)說明10-11

第一章 文獻(xiàn)綜述11-19

1.1 概述11-14

1.1.1 熱管11-13

1.1.2 熱管換熱器13-14

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17

1.2.1 熱管研究現(xiàn)狀14-15

1.2.2 熱管換熱器的研究現(xiàn)狀15-17

1.3 本課題主要研究內(nèi)容17-19

1.3.1 課題來源及研究背景17-18

1.3.2 主要研究內(nèi)容18-19

第二章 夾套式熱管實(shí)驗(yàn)研究19-34

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置19-20

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析20-24

2.3 夾套式熱管換熱分析與計(jì)算24-33

2.3.1 夾套式熱管等效導(dǎo)熱系數(shù)24-26

2.3.2 等效導(dǎo)熱系數(shù)與充液率的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式26-28

2.3.3 水工質(zhì)沸騰換熱計(jì)算28-29

2.3.4 蒸汽工質(zhì)對(duì)流換熱系數(shù)耦合關(guān)聯(lián)式29-33

2.4 本章小結(jié)33-34

第三章 夾套式熱管數(shù)值模擬34-51

3.1 數(shù)值仿真的基本過程34

3.2 自定義函數(shù)模塊UDF34-35

3.3 夾套式熱管換熱的數(shù)學(xué)模型35-37

3.4 網(wǎng)格劃分和邊界條件37-39

3.4.1 網(wǎng)格劃分37-38

3.4.2 邊界條件38-39

3.5 模擬結(jié)果39-47

3.5.1 工質(zhì)溫度場39-42

3.5.2 工質(zhì)速度場42-44

3.5.3 充液率40%和50%的管壁溫度分布44-47

3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比47-49

3.7 分析與討論49-50

3.7.1 溫度場結(jié)果分析49

3.7.2 工質(zhì)速度結(jié)果分析49-50

3.8 本章小結(jié)50-51

第四章 夾套式熱管換熱器數(shù)值模擬51-72

4.1 數(shù)值模擬方法51-55

4.1.1 換熱器的數(shù)值模擬51-54

4.1.2 耦合傳熱問題數(shù)值計(jì)算54-55

4.2 模型離散化及網(wǎng)格劃分55-58

4.2.1 換熱器物理模型55

4.2.2 計(jì)算區(qū)域55

4.2.3 計(jì)算區(qū)域的離散化55-57

4.2.4 邊界條件57-58

4.3 熱管換熱器數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析58-66

4.3.1 溫度場分布58-64

4.3.2 流動(dòng)特性分析64-66

4.4 數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證與誤差分析66-68

4.5 熱管換熱器無因次量與性能評(píng)價(jià)68-71

4.5.1 無因次量的概念68-70

4.5.2 熱管換熱器性能評(píng)價(jià)70-71

4.6 本章小結(jié)71-72

第五章 夾套式熱管換熱器參數(shù)優(yōu)化研究72-88

5.1 計(jì)算工況72

5.2 煙氣參數(shù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)72-73

5.3 建模與網(wǎng)格劃分73-74

5.4 模型求解設(shè)置74-75

5.5 計(jì)算結(jié)果與分析75-87

5.5.1 入口煙氣速度75-83

5.5.2 熱管橫向管距的影響83-84

5.5.3 熱管縱向間距84-85

5.5.4 翅片高度85

5.5.5 翅片間距85-87

5.6 本章小結(jié)87-88

第六章 結(jié)論及建議88-90

6.1 結(jié)論88-89

6.2 建議89-90

參考文獻(xiàn)90-94

發(fā)表論文和參加科研情況94-95

致謝95

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