本文關(guān)鍵詞： 螺旋折流板換熱器 CFD 壓降 傳熱系數(shù) 單位壓降傳熱系數(shù) 冷凝　出處：《天津大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：與傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器相比,螺旋折流板換熱器具有換熱效果好、流動死區(qū)少、殼側(cè)壓降低、不易結(jié)垢、管束不易發(fā)生誘導(dǎo)振動等優(yōu)點,在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。本文采用計算流體力學(xué)的方法對螺旋折流板換熱器殼程的流體流動與傳熱過程進行了模擬研究,并以單位壓降傳熱系數(shù)作為評價換熱器綜合性能的參數(shù)。結(jié)果表明,螺旋折流板換熱器的單位壓降傳熱系數(shù)是弓形折流板換熱器的1.3~1.5倍。折流板形狀和螺旋角度是影響螺旋折流板換熱器性能的關(guān)鍵參數(shù)。在研究的螺旋角范圍內(nèi)(10°~40°),1/4扇形折流板換熱器的單位壓降傳熱系數(shù)最高。螺旋角度對單位壓降傳熱系數(shù)影響的研究結(jié)果表明,最佳螺旋角度應(yīng)與流體流量相適應(yīng),流量較小(0.6~1 kg/s)時,30°下的綜合性能最優(yōu),當(dāng)增大至1 kg/s時,20°與30°螺旋角的綜合性能均最優(yōu)。雙螺旋與單螺旋結(jié)構(gòu)對換熱器性能影響的研究結(jié)果表明,雙螺旋對流體的導(dǎo)流作用增強,大螺旋角(30°~40°)時,雙螺旋結(jié)構(gòu)不僅可以提高殼側(cè)的傳熱性能,同時能提高換熱器的綜合性能。針對螺旋折流板換熱器內(nèi)存在的三角漏流區(qū)問題,提出了在雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)一組菱形折流板的新型折流板形式,模擬結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)可以完全避免換熱器內(nèi)部流體短路現(xiàn)象。該新型結(jié)構(gòu)易于加工制造,便于工程實施。采用Lee模型對冷凝過程進行模擬的結(jié)果表明,流量較小時冷凝量相比理論計算值的計算結(jié)果低約20%,隨著流量增大,偏差會更大。通過分析發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致上述預(yù)測失真的主要原因是CFD在冷凝管壁面處不能考慮冷凝過程對傳熱的強化作用,冷凝傳熱系數(shù)的預(yù)測值與單相傳熱過程的結(jié)果接近。這就限制了傳熱過程的熱通量,進而影響到冷凝量的預(yù)測。本文提出了Fluent與HTRI相結(jié)合的自定義方法研究了不同入口流量對冷凝器速度場和液相分布的影響。結(jié)果表明,流量較小時,液相會在冷凝器殼側(cè)底部聚集,導(dǎo)致該區(qū)域的速度較小;隨著流量的增加,液相將隨氣相做螺旋狀流動,聚集在冷凝器的殼程底部的液體逐漸向前移動,并在冷凝器的出口附近匯集。本文模擬結(jié)果可為螺旋折流板換熱器的放大設(shè)計提供理論依據(jù),模擬冷凝過程的方法可為以后的研究工作提供借鑒。
[Abstract]:Compared with the traditional curved baffle heat exchanger, the spiral baffle heat exchanger has the advantages of better heat transfer effect, less dead zone, lower shell side pressure, less scaling and less induced vibration of tube bundle. In this paper, the fluid flow and heat transfer process of spiral baffle heat exchanger are simulated by the method of computational fluid dynamics (CFD). The heat transfer coefficient per unit pressure drop is taken as the parameter to evaluate the comprehensive performance of the heat exchanger. The heat transfer coefficient per unit pressure drop of the spiral baffle heat exchanger is 1.3 ~ 1.5 times that of the bow baffle heat exchanger. The shape and the helical angle of the baffle plate are the key parameters affecting the performance of the spiral baffle heat exchanger. In the range of helical angle studied, the heat transfer coefficient is 10 擄/ 40 擄/ 1 / 4. The heat transfer coefficient per unit pressure drop of sector baffle heat exchanger is the highest. The effect of spiral angle on unit pressure drop heat transfer coefficient is studied. The optimum spiral angle should be adapted to the flow rate of the fluid, and the comprehensive performance at 30 擄is optimal when the flow rate is smaller than 0.6 kg / s. When the helical angle is increased to 1 kg/s, the comprehensive performance of 20 擄and 30 擄helical angle is optimal. The results of the study on the effect of double helix and single helix structure on the performance of heat exchanger show that the flow conduction effect of double helix on fluid is enhanced, and the large helix angle is 30 擄~ 40 擄. The double helix structure can not only improve the heat transfer performance of the shell side, but also improve the comprehensive performance of the heat exchanger. A new type of baffle with a set of diamond baffles is put forward on the basis of double helical structure. The simulation results show that the new structure can completely avoid the phenomenon of short circuit in the heat exchanger, and the new structure is easy to process and manufacture. The Lee model is used to simulate the condensation process. The results show that the flow rate is about 20% lower than the calculated value of theoretical calculation, and the deviation will be greater with the increase of flow rate. The main reason for the above prediction distortion is that CFD can not consider the enhancement effect of condensation process on the wall of condensing tube, and the predicted value of condensation heat transfer coefficient is close to the result of single-phase heat transfer process, which limits the heat flux of heat transfer process. In this paper, a custom method combined with Fluent and HTRI is proposed to study the effect of different inlet flow rates on the velocity field and liquid phase distribution of the condenser. The results show that the flow rate is small. The liquid phase accumulates at the bottom of the condenser shell, causing the velocity of the region to be small. With the increase of the flow rate, the liquid phase will flow spirally with the gas phase, and the liquid gathered at the bottom of the condenser shell will gradually move forward. The simulation results can provide a theoretical basis for the design of the helical baffle heat exchanger, and the method of simulating the condensation process can be used as a reference for future research.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.5

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本文編號：1531651