缠绕管式换热器换热工艺研究

摘要

本文针对缠绕管式换热器换热工艺进行研究，主要内容包括缠绕管式换热器换热工艺流程计算、结构参数和物理参数改变下的实例分析、MCHE计算软件的开发及相关影响参数改变下的缠绕管式换热器内流体流动与换热数值模拟研究。
　　本文中研究的缠绕管式换热器系列包括单股流和双股流，系列化的缠绕管式换热器换热工艺流程计算又包括提出适用于系列化缠绕管式换热器换热工艺的一种新的设计方案和计算方法；提出一种新的缠绕管排列和缠绕管分配的方法，用于建立初步的管束几何模型。
　　通过实例分析，在其它条件相同的情况下，改变流速v、间隙比c?/g?和壁厚δ，研究这些参数对缠绕管式换热器换热效果的影响。结果表明：适当提高流速v和减小间隙比c?/g?都能增大总传热系数，强化换热效果；且能减小管长和降低换热器有效高度；而壁厚δ在间隙比c?/g?影响条件下对缠绕管换热效果的影响因子不高；同时，配管方式的不同对缠绕管式换热器的换热系数、总传热系数及总传热面积都会产生不同的影响。
　　为提高螺旋缠绕管式换热器的设计效率，以 C＃程序语言为平台，设计开发了螺旋缠绕管式换热器的计算软件，并以e xce l形式生成计算报表。本软件包含了单股流及双股流螺旋缠绕管式换热器的设计及压力校核计算。将实验数据与软件设计数据进行比较，且与校核数据进行比较，结果表明：软件设计有一定的优化作用；软件计算出的数据精准度较高，可应用于工程设计，并为三股流及多股流缠绕管式换热器的设计软件开发奠定了基础。
　　改变流体流动方式及间隙比c?/g?，对缠绕管式换热器内流体流动与换热进行数值模拟研究。以CosmosFloworks（现已更名为FlowSimulation）为分析平台，用SolidWorks进行建模，并为方便计算取其单元模型。结果表明：相同条件下，逆流时壳程出口温度较并流时壳程出口温度略高；在壳程入口与缠绕管表层之间的区域逆流型换热更为均匀，一般情况下，逆流更利于换热；适当的缩小缠绕管间缝隙，能减少壳程和管程的压力损失，从而降低了换热过程中的能量损耗；并且增大了单位传热面积的换热效率，加速了换热进程，增强换热效果，从而相对于其他类型的低温换热器减少了设备的空间占用率，同时降低了设备耗材，节省了设备初投资。
　　本文针对国内缠绕管式换热器市场需求激增和基础研究起步晚的现状，对其进行换热工艺研究，为缠绕管式换热器换热工艺系列化和标准化做铺垫。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1 .1 课题背景

1 .2 课题来源、主要内容及意义

1 .3 本章小结

2 缠绕管式换热器的设计与热力计算方法

2 .1 缠绕管式换热器的设计

2 .2 计算方法

2 .3 本章小结

3 缠绕管式换热器算例

3 .1设计参数

3 .2 计算过程

3 .3 不同参数对缠绕管式换热器换热效果的影响

3 .4 本章小结

4 MCHE设备计算软件

4 .1软件结构和算法设计介绍

4 .2 软件的运行

4 .3 本章小结

5 换热器数值模拟

5 .1 数值模拟的概述

5 .2 数值模拟的相关理论

5 .3 cos mos软件介绍

5 .4 数值计算过程

5 .5 不同流动方式对换热效果的影响

5 .6 不同c′/g′对换热器性能的影响

5 .7 本章小结

6 结论与展望

6 .1 结论

6 .2 后续工作及展望

参考文献

附录I 结构尺寸图

附录II 符合说明

附录III 部分源程序

附录IV 软件实例Excel报表

攻读学位期间的研究成果