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换热器中单管流动和传热的CFD模拟

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第一章 文献综述

1.1引言

1.2喷淋式蛇管换热器的研究

1.3管壳式换热器的研究

1.4 课题分析及意义

第二章 2D水平圆管外液膜流动特征的CFD模拟

2.1 引言

2.2 物理模型的建立

2.3 数学模型

2.4 计算结果与讨论

2.5模拟可靠性验证

2.6本章小结

第三章 3D圆管外液膜流动特征的CFD模拟

3.1 引言

3.2 物理模型

3.3 数据计算

3.4模拟结果与讨论

3.5本章小结

第四章 圆管外理想液膜传热的CFD模拟

4.1 引言

4.2 物理模型

4.3 数学模型

4.4 计算结果与讨论

4.5本章小结

第五章 强化管传热的CFD模拟

5.1 引言

5.2 物理模型及结构参数

5.3 数据计算

5.4 计算结果与讨论

5.5 模拟可靠性验证

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

符号说明

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

换热器是化工、石油和动力等许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位,为了适应换热和节能的需要,开发和设计新型换热器提高换热效率是发展的方向。降膜式换热器以较高的换热效率,更小的换热体积和低制冷剂注入量等优点得到广泛的应用。将降膜式换热器作为研究对象,对其进行抽象简化获得数值模型,采用单元流道法研究水平管外流动和传热性能,为结构的改进提供理论根据。
  降膜式换热器的典型特征就是换热元件外的连续流动的液膜,本文采用CFD模拟的方式建立适当的数值模型研究液膜的流动和传热性能。由于流动是传热的基础,传热是流动的目的,因此没有对流动特征的详细了解去研究传热难度比较大。二维模拟是三维模拟的基础,二维模拟能节省大量计算内存和计算时间,加快收敛速度。
  对于三维流动主要以覆盖面积和持液量为研究对象,研究了管径、工质物性和进料高度等因素对液膜流动的影响,主要为获得更大面积的连续流动薄膜,尽量获得传热系数高、体积小、制造成本低的理想设备。
  三维传热的研究以传热系数的高低作为评估标准,在具备管外液膜连续完全覆盖的理想情况下,研究了不同换热壁面规格、不同模式和不同喷淋量对传热系数的影响,并考察其对传热系数影响的程度,确定主要和次要因素,进而为工艺设备的设计和开发提供适当的参数。
  提高或改善换热器的换热性能,不仅可以采用降膜式,而且可以通过改变换热元件的表面结构,增加壁面处的扰动产生局部二次流,降低了边界层的厚度或者引起流动方向的改变导致边界层分离。文中研究了波节管、螺旋槽管和螺旋纹管三种强化管的传热系数和摩擦系数等特征,而结构的变化引起摩擦系数的增加,导致能量损耗增加,因此引入综合系数性能参数,其数值越大换热性能越好。
  不过由于模拟采用单元流道方法,因此具有一定的局限性,但其研究结果仍然为换热器的设计提供了一定的理论根据,将来可以考虑采用整体结构数值模拟使其更贴近工艺设备需求。

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