螺旋折流板換熱器流動與傳熱耦合計(jì)算模型.pdf

1、管殼式換熱器是工業(yè)部門中應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備,隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展,也隨著我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施,包括螺旋折流板換熱器在內(nèi)的各種以節(jié)能為導(dǎo)向的新型管殼式換熱器都得到了大力的開發(fā)和應(yīng)用,但桎梏于彼此結(jié)構(gòu)間的差異,各種新型管殼式換熱器的研究和設(shè)計(jì)往往自成體系,通用性較差。因此,本文提出一種適用于各種內(nèi)部組件的換熱器流動與傳熱耦合計(jì)算模型,并將其應(yīng)用于螺旋折流板換熱器的研究中,結(jié)合新的評價體系,系統(tǒng)分析了流體特定不同時,螺旋折流板換熱器

2、傾角的選擇范圍。本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,主要包括以下研究內(nèi)容。
　　以流路分析法為藍(lán)本,建立了流場與傳熱協(xié)同的管殼式換熱器計(jì)算模型。首先確定了殼程中內(nèi)部組件對流場的影響機(jī)制,包括分隔殼程流體形成多條流路,以及改變各流路流體的流動方向和流通通道雷諾數(shù);然后根據(jù)流路劃分情況和流通通道內(nèi)流型要素平均量的大小對內(nèi)部組件進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá);最后對“當(dāng)?shù)亓餍汀庇绊憮Q熱表面當(dāng)?shù)貍鳠峒皦航档那闆r進(jìn)行了定性分析。
　　按照流體流動方

3、向和換熱管軸向入射夾角的不同建立起二維單管流動傳熱物理模型,根據(jù)雷諾數(shù)的不同分別采用Laminar層流模型和(RNG)k-ε湍流模型進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,隨著入射角的增大,換熱管的傳熱性能增強(qiáng),在層流狀態(tài)下,換熱管的傳熱能力由熱管表面熱邊界層厚度的大小決定,在湍流狀態(tài)下受熱管表面空間中高湍流強(qiáng)度流體的占比控制;隨著入射角的增大,換熱管的阻力性能下降;在相同的當(dāng)?shù)乩字Z數(shù)下,入射角為45°左右的熱管的傳熱性耗比最大;最后給出了不同入射角度

4、下熱管的傳熱關(guān)聯(lián)式和局部阻力系數(shù)關(guān)聯(lián)式。
　　比較了螺旋折流板和弓形折流板對換熱器殼程流路劃分情況的異同,推導(dǎo)出中心泄流流股F產(chǎn)生的原因。采用(RNG)k-ε湍流模型,以螺旋折流板換熱器為研究對象,并考慮了換熱管和管板間隙以及換熱管和殼體間隙,對各流路中流量的占比情況進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。結(jié)果表明,隨著雷諾數(shù)的增大,有效主流路B的占比減小,中心泄流流股F的占比減小,隨著螺旋傾角的增大,有效主流路B的占比增大,中心泄流流股F的占比減小;最

5、后得到了各流路占比隨雷諾數(shù)和螺傾角變化的關(guān)系式;完善了換熱器流動與傳熱耦合模型應(yīng)用于螺旋折流板時的參數(shù),通過和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比,確定了模型的正確性。
　　建立了消除入口段影響的螺旋折流板換熱器數(shù)值模擬模型和同尺度的弓形折流板換熱器數(shù)值模擬模型,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比,驗(yàn)證模型的合理性和準(zhǔn)確性,在此基礎(chǔ)上,完成了對螺旋折流板換熱器流動和傳熱的數(shù)值模擬研究,并結(jié)合換熱器流動與傳熱耦合模型得出了以下結(jié)論:首先,螺旋折流板將殼程流體的有效主流路持續(xù)