本文關(guān)鍵詞：重力熱管換熱器傳熱分析與數(shù)值模擬

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【摘要】：近年來,隨著資源的不斷開發(fā)利用,廢熱再利用成為了節(jié)能環(huán)保的有效途徑之一。常溫與中溫?zé)峁軗Q熱器在余熱回收中的應(yīng)用,可大大提高能源利用率。本文以常溫與中溫重力熱管換熱器為研究對象,采用常規(guī)設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)熱管換熱器。采用Fluent軟件對換熱器內(nèi)流體流場、溫度場及熱管工作狀態(tài)進(jìn)行模擬仿真;研究了不同運(yùn)行參數(shù)與翅片參數(shù)對換熱器換熱性能的影響,并對其進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳運(yùn)行參數(shù)與相應(yīng)的翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)對常溫重力熱管換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬研究,將熱管設(shè)置為定熱流密度邊界條件,對換熱器在不同運(yùn)行參數(shù)下的流場及溫度場進(jìn)行模擬分析。為驗(yàn)證文中模擬方法的正確性,將經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果和模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比,對比結(jié)果表明選用的模擬計(jì)算方法是合理的。(2)對中溫重力熱管換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算研究,對換熱器中蒸發(fā)段與冷凝段內(nèi)的流場與溫度場及熱管工作狀態(tài)進(jìn)行分析。研究結(jié)果顯示:熱流體入口速度較大時(shí),換熱器傳熱效果得到改善,但速度過大時(shí),熱管會發(fā)生共振現(xiàn)象,因此要將流體的速度控制在合理的范圍內(nèi);煙氣入口溫度在733~753K范圍內(nèi)變化時(shí),隨著煙氣入口溫度的增加,換熱器的換熱性能也有所改善,但相對煙氣入口速度對蒸發(fā)段與冷凝段內(nèi)流體溫度變化的影響,流體溫度受入口溫度的影響比較小。當(dāng)煙氣入口速度過大或溫度過高時(shí),中溫與常溫過渡區(qū)水熱管管內(nèi)蒸汽溫度會高于熱管的工作極限溫度,會發(fā)生爆管現(xiàn)象。為此,根據(jù)熱管的工作狀態(tài),可改變熱管的布置,比如增加中溫段熱管的管排數(shù),改變熱管的管間距及熱管翅片參數(shù)等。(3)為得到中溫重力熱管換熱器的最佳運(yùn)行參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù),對熱管的翅片參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。分析蒸發(fā)段熱流體不同入口速度時(shí),不同熱管翅片間距、翅片高度、橫向管間距以及縱向管間距對平均對流換熱系數(shù)、換熱器總換熱量、翅片效率、壓降、換熱器綜合性能評價(jià)指標(biāo)PEC的影響。結(jié)果表明:翅片間距取值范圍為5~6mm。熱管翅片高度取值為12~13mm,橫向管間距的最優(yōu)取值范圍為65~70mm�？v向管間距的最優(yōu)取值范圍為55mm~65mm,煙氣入口速度為2.5m/s~3m/s時(shí),中溫重力熱管換熱器的換熱性能最佳。
【關(guān)鍵詞】：重力熱管換熱器 Fluent 數(shù)值模擬研究 熱管工作狀態(tài)
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 本文研究背景及意義11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)、外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢12-15
• 1.2.1 熱管換熱器在余熱回收應(yīng)用中的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢12-13
• 1.2.2 熱管換熱器數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢13-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 熱管及熱管換熱器的理論分析17-25
• 2.1 熱管的工作原理17-18
• 2.1.1 普通熱管的工作原理17
• 2.1.2 重力熱管的工作原理17-18
• 2.2 熱管的設(shè)計(jì)18-22
• 2.2.1 熱管的工作溫度18
• 2.2.2 熱管的工質(zhì)18-19
• 2.2.3 熱管的結(jié)構(gòu)與尺寸19-22
• 2.3 熱管換熱器在應(yīng)用中的常見問題及對策22-23
• 2.3.1 熱管的相容性問題及對策22
• 2.3.2 熱管的積灰問題及對策22
• 2.3.3 熱管的露點(diǎn)腐蝕及對策22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第3章 熱管換熱器的設(shè)計(jì)方法及安全校核25-41
• 3.1 熱管換熱器設(shè)計(jì)方法25
• 3.1.1 熱管換熱器的設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀25
• 3.1.2 本文熱管換熱器設(shè)計(jì)方法的選取25
• 3.2 熱管換熱器的設(shè)計(jì)25-39
• 3.2.1 常規(guī)計(jì)算26-28
• 3.2.2 熱管熱阻28-31
• 3.2.3 換熱器總換熱系數(shù)及換熱面積31-33
• 3.2.4 熱管的工作極限33-36
• 3.2.5 熱管內(nèi)的壓力分布36-37
• 3.2.6 管束流動阻力計(jì)算37-38
• 3.2.7 熱管換熱器安全性判據(jù)及校核38-39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 第4章 常溫?zé)峁軗Q熱器的數(shù)值模擬41-57
• 4.1 計(jì)算流體力學(xué)41-42
• 4.1.1 CFD數(shù)值模擬41
• 4.1.2 Fluent軟件41-42
• 4.2 熱管換熱器的數(shù)值模擬研究方法分類及選擇42-46
• 4.2.1 熱管設(shè)置為定壁面溫度42-43
• 4.2.2 多孔介質(zhì)模型43-44
• 4.2.3 耦合源模型44-45
• 4.2.4 定熱流密度45
• 4.2.5 本文數(shù)值模擬方法的選取45-46
• 4.3 常溫?zé)峁軗Q熱器數(shù)值模擬46-50
• 4.3.1 物理模型46-48
• 4.3.2 網(wǎng)格無關(guān)性的檢查48
• 4.3.3 控制方程48-49
• 4.3.4 熱管熱流密度的確定49-50
• 4.3.5 邊界條件50
• 4.4 模擬結(jié)果分析50-54
• 4.4.1 流場特性分析50-52
• 4.4.2 流體傳熱特性分析52-54
• 4.5 模型驗(yàn)證與誤差分析54-56
• 4.5.1 模型驗(yàn)證54-55
• 4.5.2 誤差分析55-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 第5章 中溫?zé)峁軗Q熱器的模擬計(jì)算與優(yōu)化研究57-85
• 5.1 中溫?zé)峁軗Q熱器的設(shè)計(jì)57
• 5.2 中溫?zé)峁軗Q熱器的數(shù)值模擬研究57-60
• 5.2.1 物理模型57-59
• 5.2.2 控制方程59
• 5.2.3 邊界條件59-60
• 5.3 模擬結(jié)果分析60-66
• 5.3.1 流場特性分析60-62
• 5.3.2 傳熱特性分析62-66
• 5.4 中溫?zé)峁軗Q熱器的優(yōu)化研究66-82
• 5.4.1 優(yōu)化參數(shù)的選取66-67
• 5.4.2 換熱器性能評價(jià)指標(biāo)67-68
• 5.4.3 數(shù)據(jù)處理方法68-69
• 5.4.4 翅片參數(shù)對換熱器性能的影響分析69-76
• 5.4.5 管束間距對換熱器性能的影響分析76-82
• 5.5 本章小結(jié)82-85
• 第6章 總結(jié)與展望85-87
• 6.1 總結(jié)85-86
• 6.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文91-93
• 致謝93

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