离心式空气压缩机换热器换热效率的研究

摘要

管内单相强迫对流换热是强化传热技术的一个重要研究领域，在降低换热器的能源消耗，减少换热器体积和重量方面起着十分重要的作用。本文所研究的换热管就是应用于离心式空气压缩机中单相强迫换热的新型强化传热管。在通常的气一液管壳式换热器(传统换热器)中，液体走管程、气体走壳程，为改善气侧的换热，在管外采用加翅片管的方式以增加换热面积。这种换热器的不足之处在于，尽管加大了气侧的换热面积，但气体流速仍然处于较低的水平，因而总的传热系数很低，从而导致换热能力仍然不高。内翅片管换热器是近年来出现的一种新型高效换热器，其基本特点是将传统换热器中两种介质的流程对调，即让气体走管内，水走管外。采用内翅片管的目的主要是通过增加换热面积而使换热量增加。使用结果表明：使用了该翅片管的换热器同未使用前相比，换热强度提高，体积减少，金属材料耗量减，能耗降低，具有十分广阔的应用前景。但由于内翅片的表面复杂和极不规则的外部形状，目前对其强化传热机理的分析和研究还很少，特别是在翅片结构尺寸等影响管内对流换热特性因素的系统研究工作还有待于进一步完善。 本文将实验研究和数值模拟两种方法相结合，以离心式空气压缩机上所使用换热器的翅片式换热管为研究对象，对其换热过程进行实验研究和数值模拟。得出内翅片管的换热量和光管的换热量之比，在相同质量流量条件下为12.1至13.2之间；在相同泵功条件下为5.3至6.2之间；在相同压降条件下为2.9至3.8之间。具体的比值由R<,e>数决定。当R<,e>数增加时比值略有降低。 本文还利用有限元软件ANSYS FLOTRAN对光管的换热情况进行了分析，得出了工作情况下的温度场分布，对以后解决类似问题具有参考意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1强化传热的重要意义

1.2强化传热的途径和分类

1.3强化传热技术新进展

1.3.1无源强化传热技术的新进展

1.3.2有源强化传热技术的新进展

1.4强化传热发展趋势

第2章翅片管式换热器

2.1翅片管式换热器的介绍

2.2翅片管式换热器的研究情况

2.3本文主要研究目的与方法

第3章翅片管传热理论模型

3.1流动与传热控制方程

3.1.1质量守恒方程

3.1.2动量守恒方程

3.1.3能量守恒方程

3.1.4控制方程的通用形式

3.2控制方程的离散化

3.3翅片管的传热理论模型

第4章换热管换热性能实验设计

4.1实验目的

4.2实验设计

4.3数据处理

4.4结果分析

4.4.1比较准则

4.4.2传热性能的比较

第5章换热管换热性能有限元分析

5.1 ANSYS传热分析模块FLOTRAN CFD

5.1.1 FLUID141单元

5.1.2 FLOTRAN分析的主要步骤

5.2耦合传热问题的数值计算

5.2.1耦合传热问题

5.2.2耦合传热问题的数值解法

5.3温度场计算模型的选择

5.3.1传热学经典理论回顾

5.3.2热分析方式的确定

5.4光管换热分析有限元模型的确定、网格的划分

5.5温度场的加载及求解

5.5.1载荷与边界条件

5.5.2求解

5.6温度场的结果分析

第6章总结与展望

6.1工作总结

6.2研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢