隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新階段,以能源為中心的環(huán)境問(wèn)題日益突出。在石化能源領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的管殼式換熱器,其高效節(jié)能的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一直是研究熱點(diǎn)。筆者在復(fù)雜繞流管束換熱器的研究基礎(chǔ)上,提出一種復(fù)雜流態(tài)的異形片式傾斜折流柵換熱器。采用機(jī)理分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法對(duì)其殼程流動(dòng)傳熱進(jìn)行研究。研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.基于流體復(fù)雜流態(tài)提出一種異形片式傾斜折流柵換熱器,與常規(guī)簾式折流片換熱器和異形折流片換熱器就殼程性能進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:雷諾數(shù)在6000~10000范圍內(nèi),異形片式傾斜折流柵換熱器殼程傳熱系數(shù)、壓降、綜合性能均高于常規(guī)簾式折流片換熱器和異形折流片換熱器;異形片式傾斜折流柵換熱器結(jié)構(gòu)緊湊,折流片與換熱管之間的射流和流體經(jīng)過(guò)正弦型折流片形成的螺旋流動(dòng)提高了流體湍動(dòng)程度,削弱邊界層,增強(qiáng)傳熱。傾斜設(shè)置的折流柵改變流體流動(dòng)路徑,強(qiáng)化速度的遞接作用,增大斜向流動(dòng)面積,提高換熱面積的利用率。但同時(shí)由于緊湊的布局,流體沖刷折流片時(shí)會(huì)增加殼程流體阻力,產(chǎn)生較大的壓力損失,殼程壓降增大;利用場(chǎng)協(xié)同分析可知,異形片式傾斜折流柵換熱器殼程流體溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)協(xié)同性更優(yōu),因此具有更好的強(qiáng)化傳熱特性。2.采用周期性模型,研究不同折流柵排布方式、折流柵傾斜角度、折流柵間距和折流片傾角對(duì)異形片式傾斜折流柵換熱器傳熱性能的影響。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)緊湊的平行排布換熱器殼程傳熱系數(shù)、綜合性能相較交錯(cuò)排布分別提高了12.7%~14%和3.6%~7.9%,交錯(cuò)排布換熱器的壓降最低;隨著折流柵傾斜角度的增大,換熱器殼程壓降增大,傳熱系數(shù)和綜合性能先增后減,傾斜角度為25°時(shí)傳熱性能達(dá)到最優(yōu);隨著折流柵間距的增大,換熱器殼程傳熱系數(shù)降低,壓降減小,綜合性能提高。殼程流體速度的連續(xù)性和邊界層分離頻率降低,殼程單位折流板數(shù)量減少,流動(dòng)阻力變小。因此190mm折流柵間距的換熱器,綜合性能最好;隨著折流片傾角的增大,殼程傳熱系數(shù)和壓降越大,綜合性能降低。折流片傾角越小,殼程流體速度分布越均化,流體湍動(dòng)能越大。但傾角的改變對(duì)殼程的壓降影響更明顯。因此折流片傾角為60°時(shí)具有更好的綜合性能;根據(jù)無(wú)量綱分析法,給出用于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)的異形片式傾斜折流柵換熱器不同結(jié)構(gòu)參數(shù)殼程傳熱系數(shù)和流體阻力準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。在關(guān)聯(lián)式的基礎(chǔ)上采用遺傳算法進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化,與初始參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,優(yōu)化后新結(jié)構(gòu)參數(shù)換熱器熵產(chǎn)數(shù)減小了5.3%,表明優(yōu)化后換熱器有用功多,性能更好。3.設(shè)計(jì)與數(shù)值模型同比例冷模實(shí)驗(yàn)裝置,利用激光多普勒測(cè)速儀對(duì)異形折流片換熱器殼程側(cè)特定測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行速度測(cè)量,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬值誤差不超過(guò)23%,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法和結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.5
【部分圖文】：

流體互不混淆，只通過(guò)管壁進(jìn)行熱量交換。按照殼程流體的流動(dòng)形態(tài)將管殼式換熱器分為四種類型：橫向流、縱向流、螺旋流以及斜向流換熱器。圖1.1 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（1）橫向流換熱器橫向流換熱器最顯著的特征就是主流區(qū)流體流動(dòng)方向與管束方向垂直。其中最具代表性的就是弓形折流板換熱器，其結(jié)構(gòu)圖和殼程流線圖見(jiàn)圖 1.2。弓形折流板是一種常見(jiàn)的折流板結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)是在圓形板上切除部分圓缺區(qū)

縱向流換熱器

10（c）扇形翅片 （d）鋸齒翅片圖1.7 翅片管管內(nèi)插入物有紐帶[52,53]、螺旋線圈[54]、繞花絲[55]、靜態(tài)混合器[56]、交叉鋸齒帶[57]等不同結(jié)構(gòu)。管內(nèi)插物主要用于管側(cè)高粘度流體強(qiáng)化傳熱。內(nèi)插紐帶是由金屬片扭轉(zhuǎn)而成，主要強(qiáng)化旋流傳熱。對(duì)于靜態(tài)混合器這種新型紐帶主要通過(guò)分散流體再混合過(guò)程，不斷更新邊界層液膜，增大速度梯度，從而增強(qiáng)傳熱。盡管內(nèi)插物結(jié)構(gòu)不同，但對(duì)流體的作用大致相似。管程流體隨著內(nèi)插物固定結(jié)構(gòu)形狀做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生彌散效應(yīng)，形成二次流，增大近壁面流速，減薄邊界層，增強(qiáng)主流區(qū)和邊界層流體的混合程度，使傳熱得到進(jìn)一步強(qiáng)化。但內(nèi)插物在增強(qiáng)傳熱的同時(shí)流阻也增大，對(duì)于實(shí)際湍流工況效果不佳[58]。（a）紐帶結(jié)構(gòu)圖 （b）靜態(tài)混合器圖1.8 管內(nèi)插物1.4.2 殼程強(qiáng)化傳熱技術(shù)管殼式換熱器的殼程強(qiáng)化傳熱主要通過(guò)改變換殼程支撐支撐結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。支撐結(jié)構(gòu)是換熱器殼程的關(guān)鍵部件，一方面支撐換熱管束，阻止換熱管因流體誘導(dǎo)產(chǎn)生振動(dòng)；另一方面使殼程流體產(chǎn)生期望的流型和流速
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4 劉人侃;;不銹鋼換熱器的應(yīng)力腐蝕及預(yù)防措施[J];石油化工設(shè)備技術(shù);1987年04期

5 張應(yīng)豪;折流桿換熱器的試驗(yàn)及其應(yīng)用[J];石油化工設(shè)備;1988年01期

6 魏淑英;高壓加氫換熱器的結(jié)構(gòu)[J];石油化工設(shè)備;1988年03期

7 汪曉昱;鼓泡式換熱器的研制[J];壓力容器;1988年01期

8 張仁貴;張玉柱;;高爐爐頂煤氣顯熱回收可行性研究[J];唐山工程技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);1988年01期

9 熊巍峰;;RGH—Q換熱器[J];上饒師專學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1988年05期

10 萬(wàn)新明;國(guó)外冷凝鍋爐研究概況[J];煤氣與熱力;1989年06期

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4 文鍵;基于PIV技術(shù)的換熱器內(nèi)部場(chǎng)分布特性研究[D];西安交通大學(xué);2006年

5 鄭繼周;彈性管束換熱器各組件動(dòng)態(tài)特性研究[D];山東大學(xué);2007年

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