本文關(guān)鍵詞：定型機(jī)蒸汽換熱器的數(shù)值分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 數(shù)值模擬 換熱器 凝結(jié)傳熱 兩相流 參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：換熱器被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、動(dòng)力、運(yùn)輸、空調(diào)、制冷、低溫、熱量回收、替代燃料和制造領(lǐng)域中。相較于傳統(tǒng)的工業(yè)用換熱器,熱定型機(jī)蒸汽換熱器需要更大的蒸汽流量。平均每臺(tái)定型機(jī)消耗蒸汽大約0.5-1.2噸每小時(shí)。因此,對(duì)熱定型機(jī)蒸汽換熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高換熱器的熱交換率后,將會(huì)明顯提高此類蒸汽換熱器的節(jié)能水平。針對(duì)此問題,本文將定型機(jī)蒸汽換熱器分為管程傳熱與殼程傳熱兩個(gè)部分,分別對(duì)兩者的流動(dòng)與換熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。在管程傳熱中,本文選擇在水平換熱管中插入芯棒來對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并通過數(shù)值模擬的方式分析不同的芯棒直徑與管子直徑的比值下水平換熱管傳熱性能的變化,并尋找最優(yōu)的芯棒直徑與管子直徑比值。經(jīng)過模擬分析,可知在水平管內(nèi)加入芯棒能夠提高管內(nèi)混合相流體的速度梯度,增加冷凝傳熱效果。在含芯棒水平管中,水平管的換熱效率隨著管徑比的增加而增加,當(dāng)直徑與管子直徑比值在0.517和0.571的范圍內(nèi)時(shí),水平管換熱效率最高。當(dāng)直徑與管子直徑比值高于0.571時(shí),換熱效率逐漸下降。含芯棒水平換熱管中,隨著直徑與管子直徑比值的增加,協(xié)同性能變好,當(dāng)H/D大于0.517時(shí)效果更為明顯。在殼程傳熱中,本文通過數(shù)值模擬的方式對(duì)螺紋翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析,并尋找翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值。之后根據(jù)場(chǎng)協(xié)同理論對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比與驗(yàn)證。根據(jù)模擬結(jié)果,翅片間距對(duì)翅片管換熱系數(shù)的影響最大,其次是翅片高度,翅片厚度對(duì)翅片管換熱系數(shù)的影響最小。同時(shí),在一定范圍內(nèi),翅片間距降低,翅片高度增加,翅片厚度減小都能夠提高翅片管換熱系數(shù)。同時(shí)隨著翅片間距的降低,翅片高度的增加以及翅片厚度的減小,翅片管平均壓降也將增大,說明翅片管換熱系數(shù)增大的趨勢(shì)將逐漸減緩甚至消失。同時(shí),對(duì)換熱管進(jìn)行管間距和管束排列的方式進(jìn)行研究。考察這兩個(gè)因素對(duì)換熱器換熱性能的影響,探索換熱管束不同管束排列方式在橫向管間距上強(qiáng)化傳熱的最優(yōu)參數(shù)。通過數(shù)值模擬對(duì)順排、叉排兩種排列方式進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn),差排管束排布時(shí)的流體在不斷收縮和擴(kuò)張的通道內(nèi)流動(dòng),比順排管束排布時(shí)的流體流動(dòng)湍流強(qiáng)度更大,因此叉排不易在管子及翅片下游區(qū)域形成滯流區(qū),叉排管束排布的傳熱效果要明顯優(yōu)于順排換熱器的傳熱效果。計(jì)算結(jié)果表明叉排時(shí)平均Nu比順排時(shí)大25.3%。這個(gè)結(jié)果表明,相同管間距下順排管束的換熱效果不及叉排,但管外流動(dòng)阻力的降低幅度要小。在本文的模擬研究參數(shù)范圍內(nèi),水平間距對(duì)于熱管換熱器的傳熱能力存在最佳位置。本文選用翅片間距10mmm,翅片高度6mm以及翅片厚度1mm的熱管模型做管束排布,其順排時(shí),最佳水平間距為110mm；叉排時(shí),最佳水平管間距為50mm。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值模擬 換熱器 凝結(jié)傳熱 兩相流 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK172
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 1 緒論11-18
• 1.1 課題背景及意義11
• 1.2 強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究進(jìn)展11-14
• 1.3 列管式換熱器相變傳熱與兩相流動(dòng)研究14-16
• 1.3.1 列管式換熱器相變傳熱研究進(jìn)展14-15
• 1.3.2 兩相流動(dòng)理論研究的進(jìn)展15-16
• 1.4 本文主要的工作16-18
• 2 換熱器管程與殼程換熱理論分析18-29
• 2.1 管程換熱理論分析18-22
• 2.1.1 管程兩相流流型分析18-19
• 2.1.2 管程兩相流動(dòng)過程分析19
• 2.1.3 管內(nèi)凝結(jié)傳熱分析19-22
• 2.2 殼程換熱理論分析22-26
• 2.2.1 翅片管導(dǎo)熱分析22-25
• 2.2.2 對(duì)流傳熱分析25-26
• 2.3 傳熱理論數(shù)值計(jì)算26-27
• 2.3.1 有限體積法26
• 2.3.2 離散格式26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 3 管程強(qiáng)化傳熱數(shù)值模擬29-44
• 3.1 FLUENT多相流模型29-30
• 3.2 含芯棒水平管管內(nèi)冷凝模擬設(shè)置30-35
• 3.2.1 物理模型與結(jié)構(gòu)參數(shù)30-31
• 3.2.2 控制方程31-33
• 3.2.3 滑流速度和漂移速度方程33
• 3.2.4 兩相流計(jì)算方法33-34
• 3.2.5 模型邊界條件34-35
• 3.2.6 數(shù)值離散及其求解器設(shè)置35
• 3.3 管程數(shù)值模擬結(jié)果分析35-43
• 3.3.1 從兩相流動(dòng)情況分析芯棒對(duì)管內(nèi)換熱的影響35-40
• 3.3.2 從凝結(jié)傳熱分析芯棒對(duì)管內(nèi)換熱的影響40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4 殼程強(qiáng)化傳熱數(shù)值模擬44-64
• 4.1 螺旋翅片管模型與前處理44-45
• 4.2 旋翅片管結(jié)構(gòu)參數(shù)影響分析45-50
• 4.2.1 翅片間距傳熱性能分析46-47
• 4.2.2 翅片高度傳熱性能分析47-48
• 4.2.3 翅片厚度傳熱性能分析48
• 4.2.4 翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)場(chǎng)協(xié)同分析48-50
• 4.3 翅片參數(shù)傳熱效果模擬驗(yàn)證50-51
• 4.4 管束排布模擬分析51-62
• 4.4.1 管束排布計(jì)算模型53
• 4.4.2 模型網(wǎng)格劃分53-55
• 4.4.3 模型邊界條件55
• 4.4.4 管束排列方式及管間距傳熱影響分析55-57
• 4.4.5 不同管間距流速換熱影響分析57-61
• 4.4.6 管間距對(duì)傳熱性能影響的協(xié)同場(chǎng)分析61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 5 總結(jié)與展望64-66
• 5.1 總結(jié)64-65
• 5.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果70-71
• 致謝71

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