螺旋隔板单管换热器的传热强化及数值模拟

摘要

换热器由于其机械性能的灵活性，几乎可以满足所有的换热需求。在化工、发电、食品、电子、环境工程、机械制造、制冷空调、航空航天及废热回收等领域换热器已得到广泛的应用。随着节能、节材和提高经济效益的需求，迫使人们不断努力以开发出更高效的换热器。 螺旋隔板换热器是近几年发展起来的一种新型换热器结构，其理想的壳程流道使流体在壳程呈均匀的流动、几乎没有返混和流动死区。与普通的弓型隔板相比，螺旋隔板能使壳程压降更有效地转化为传热系数的提高。 本文以润滑油作为实验介质，研究了其在螺旋隔板分别与光滑管、低肋管和花瓣管配合构成的单管换热器中的传热与压降性能。采用威尔逊图解法分别分离出了螺旋隔板光滑管、螺旋隔板低肋管和螺旋隔板花瓣管单管换热器的管程传热系数，并计算出各自的壳程传热系数，壳程传热系数相对误差为±1.49％。直接测量了壳程压降，并计算出壳程流体阻力系数，壳程流体阻力系数相对误差为±1.53％。实验结果表明，对于螺旋隔板光滑管、低肋管和花瓣管单管换热器，随着壳程油流体雷诺常数Re的增大，其努塞尔特准数Nu、总传热系数K和压降△P也增大，在相同的Re值下，螺旋隔板花瓣管单管换热器的Nu数分别是螺旋隔板光滑管单管换热器和螺旋隔板低肋管单管换热器的2.1～3.1倍和1.6—1.7倍，总传热系数分别是螺旋隔板光滑单管管换热器和螺旋隔板低肋管单管换热器的2.1～2.9倍和1.5倍；压降只分别是螺旋隔板光滑管单管换热器和螺旋隔板低肋管单管换热器的1.8～2.2倍和1.3～1.4倍；Re在900～2150范围内，螺旋隔板花瓣管单管换热器的传热流阻性能比α<,o>/△P是螺旋隔板光滑管单管换热器的1.3～1.6倍，是螺旋隔板低肋管单管换热器的1.1～1.2倍；与螺旋隔板光滑管单管换热器和螺旋隔板低肋管单管换热器相比，螺旋隔板花瓣管单管换热器的传热性能的提高高于压降的提高，证明在螺旋流条件下，花瓣管具有较好的传热强化性能。 本文还采用FLUENT6.2软件对螺旋隔板光滑管、螺旋隔板低肋管和螺旋隔板花瓣管单管换热器的壳程流场、温度场和压力场进行了数值模拟。流场模拟结果显示，流体在壳程呈螺旋状流动，没有死区。在螺旋隔板光滑管单管换热器的壳程，流速比较均匀，变化比较小，流动稳定；而在螺旋隔板低肋管单管换热器和螺旋隔板花瓣管单管换热器的壳程，则流体扰动强烈，从而强化了传热。在相同Re下,壳程Nu准数的实验与模拟结果相差8％左右，壳程压降相差32.5％左右;模拟结果与实验结果吻合较好。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章实验流程及方法

第三章实验结果分析讨论

第四章螺旋隔板换热器数值模拟

4．1计算流体力学（CFO）

4．2螺旋隔板单管换热器数值模拟

4．3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢