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纵流式换热器性能研究

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2管壳式换热器特点

1.3换热器强化传热的途径和技术

1.3.1增大传热系数k

1.3.2增大传热温差△T

1.3.3增大传热面积F

1.4纵向流换热器特点

1.4.1纵流式换热器的结构形式与发展

1.4.2纵流式换热器的强化传热

1.4.3纵流式换热器效率增加的原因剖析

1.5换热器研究方法

1.5.1实验方法

1.5.2数值模拟方法

1.6本文研究的主要内容

第二章纵流式换热器结构分析和可靠性分析

2.1纵流式换热器的结构分析

2.1.1纵流式换热器和折流板式换热器的结构

2.1.2纵流式换热器壳程特点

2.1.3两种不同纵流式换热器壳程的比较

2.1.4流路分析

2.2纵流式换热器与折流板式换热器可靠性分析

第三章模型建立

3.1管壳式换热器流场数值模拟

3.1.1壳程采用多孔介质模型的缺点

3.1.2换热器结构上的简化

3.2确定湍流模式

3.2.1湍流模式的研究进展

3.2.2 FLUENT软件

3.2.3控制方程及湍流模型的选择

3.2.4物性参数的确定

3.2.5网格划分

3.2.6边界条件

第四章纵流式换热器内的流动和换热

4.1流体在传热管内的流动和换热

4.1.1流体在管程内的流动

4.1.2管程换热计算

4.2壳程内流动换热和压降

4.2.1纵流式换热器壳程流动与换热

4.2.2不同入口速度换热与阻力分布情况

4.2.3纵流式换热器壳程与折流板换热器的流动、换热和阻力的比较

4.3纵流式换热器壳程与折流板式换热器的比较

4.4换热器性能评价

4.4.1熵分析的原理

4.4.2换热器的熵增的计算及总熵增率

4.4.3熵分析法的应用

第五章结论与今后研究方向

5.1主要结论

5.2今后研究方向

参考文献

附表

致谢

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摘要

纵流式换热器是一种新型的换热器,其综合性能比较突出。在换热量的要求相同时,所消耗的泵功率比折流板式换热器少。纵流式换热器与折流板式换热器的主要区别在于壳程结构的不同,进而引起壳程流动与传热特性的不同。本文也正是从上述方面着手,对纵流式换热器的性能进行说明。所以,本文的主要内容为以下几点: (1)本文采用了数值模拟方法对纵流式换热器和相同尺寸的折流板换热器进行了对比研究,就流动和传热等性能进行了详细的对比。文中采用的是湍流模型,这主要是因为多孔介质模型所存在的不完善性。 (2)根据换热器的实际结构,对纵流式换热器和折流板式换热器进行了适当简化,并以此为基础建立了计算模型并进行了数值模拟,得到了纵流式换热器和折流板换热器内的流场和温度场。两者相比,纵流式换热器壳程特有的支撑结构不仅增加了传热表面积,而且在流动中起到增强流体扰动和湍流度的作用:与此同时,流场中的流动滞流区相对减小,流动阻力减小;同时,温度场分布更均匀。 (3)采用基于第二定律的基本原理得到的分析方法——熵分析法,分析比较了两种换热器的性能。认为只有综合考虑换热器的传热特性和压降特性,才能较为准确、客观地分析换热器的性能。 本文的研究表明:在用数值方法模拟换热器中的流场与温度场时,采用湍流模型可以比用多孔介质模型获得更详细、准确的换热器内部流场与温度场信息;同时,本研究对换热器进行的性能分析也表明纵流式换热器有较好的流动与传热特性。

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