本文關(guān)鍵詞：螺旋折流板換熱器殼程流動特性及其對傳熱與振動的影響

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【摘要】：管殼式換熱器是工程中常用的熱交換器,但存在著諸如殼程阻力大、易結(jié)垢、有傳熱死區(qū)以及管束振動等不足。螺旋折流板換熱器通過改變殼程流體流動方式,消除了流動死區(qū),從根本上解決了傳統(tǒng)弓形板換熱器的諸多缺陷。本文以螺旋折流板換熱器為研究對象,在對數(shù)值模型進行實驗驗證的基礎(chǔ)上,利用數(shù)值模擬的手段開展研究。首先,對不同螺旋角、搭接方式下的單螺旋折流板換熱器殼程的傳熱及流阻特性進行模擬分析。其次,依據(jù)對單螺旋的模擬結(jié)果,提出了一種新型三螺旋折流板換熱器,并對不同螺旋角的三螺旋折流板換熱器進行數(shù)值模擬分析。最后以流體螺旋繞流單根換熱管為例初步探討了螺旋折流板換熱器內(nèi)換熱管的振動特性。研究結(jié)果表明:(1)殼程對流傳熱系數(shù)與壓降均隨螺旋角的增大而減小,單位壓降下對流傳熱系數(shù)隨螺旋角增大而升高。(2)相同螺旋角的連續(xù)型三螺旋折流板換熱器對流換熱系數(shù)比單螺旋連續(xù)型折流板換熱器高27.9%,殼程壓降高42.3%,綜合考慮傳熱與流動阻力的影響,三螺旋結(jié)構(gòu)殼程j/f 1/3比單螺旋高13.67%,綜合傳熱性能更高。(3)以T-Q圖計算的由傳熱引起的火積耗散率隨雷諾數(shù)變化規(guī)律與殼程對流傳熱系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律類似。螺旋角越大火積耗散率越小,雷諾數(shù)越大火積耗散率越大;(4)從軸向流動向橫向流動變化的過程中,旋渦脫落頻率先減小后增大,最小旋渦脫落頻率在40°~50°范圍,且來流入射角越大升力系數(shù)越大。
【關(guān)鍵詞】：換熱器 三螺旋折流板 旋渦脫落 (火積)耗散率 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 螺旋折流板換熱器結(jié)構(gòu)及其研究進展10-14
• 1.2.1 非連續(xù)螺旋折流板幾何結(jié)構(gòu)10-12
• 1.2.2 實驗研究進展12-13
• 1.2.3 數(shù)值模擬研究進展13-14
• 1.3 螺旋折流板換熱器改進結(jié)構(gòu)14-19
• 1.3.1 折流板數(shù)量15-16
• 1.3.2 多殼程結(jié)構(gòu)16-17
• 1.3.3 殼程入口17-18
• 1.3.4 局部螺旋結(jié)構(gòu)18
• 1.3.5 三螺旋折流板換熱器18-19
• 1.4 換熱器性能評價標(biāo)準(zhǔn)19-20
• 1.5 換熱管振動特性研究20-22
• 1.5.1 振動機理21-22
• 1.5.2 螺旋流動中管束振動特性22
• 1.6 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線22-24
• 2 螺旋板換熱器數(shù)值模型建立及驗證24-37
• 2.1 數(shù)值模擬方法24-30
• 2.1.1 控制方程24-25
• 2.1.2 湍流模型25-28
• 2.1.3 傳熱模型28-29
• 2.1.4 邊界條件設(shè)置29-30
• 2.2 物理模型及幾何尺寸30-31
• 2.3 特征參數(shù)定義31-32
• 2.3.1 殼程特征參數(shù)31
• 2.3.2 對流換熱系數(shù)31-32
• 2.4 模型可靠性驗證32-36
• 2.4.1 網(wǎng)格自適應(yīng)及獨立性驗證32-34
• 2.4.2 實驗驗證及誤差分析34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 3 折流板布置方式對傳熱及流動阻力的影響37-49
• 3.1 物理模型37-39
• 3.2 流動及傳熱特性分析39-48
• 3.2.1 流場分析39-41
• 3.2.2 殼程壓降41-44
• 3.2.3 傳熱性能分析44-46
• 3.2.4 綜合性能比較46-48
• 3.3 本章小結(jié)48-49
• 4 三螺旋折流板換熱器的傳熱及流阻特性49-62
• 4.1 連續(xù)三螺旋結(jié)構(gòu)的提出49-50
• 4.2 幾何模型50-52
• 4.2.1 連續(xù)三螺旋折流板50
• 4.2.2 非連續(xù)三螺旋折流板50-52
• 4.3 連續(xù)三螺旋折流板換熱器幾何參數(shù)52-53
• 4.4 邊界條件及網(wǎng)格獨立性53
• 4.5 與單螺旋折流板換熱器對比53-55
• 4.6 三螺旋折流板換熱器傳熱及流阻特性55-61
• 4.6.1 流場及壓降55
• 4.6.2 中心管換熱分析55-56
• 4.6.3 螺旋角對換熱及流阻特性的影響56-59
• 4.6.4 基于火積耗散率的性能分析59-61
• 4.7 本章小結(jié)61-62
• 5 螺旋流動對管子振動特性影響的初步探討62-73
• 5.1 數(shù)值模型建立62-64
• 5.1.1 網(wǎng)格劃分63-64
• 5.1.2 邊界條件設(shè)置64
• 5.1.3 數(shù)值求解64
• 5.2 傳熱及振動特性分析64-72
• 5.2.1 參數(shù)定義64-65
• 5.2.2 傳熱性能比較分析65-66
• 5.2.3 振動性能比較分析66-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 6 結(jié)論與展望73-75
• 6.1 結(jié)論73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻75-81
• 致謝81-82
• 攻讀學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果82-83

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本文編號：573938