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《郑州大学》 2010年
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蒸发式冷凝器数值模拟与优化

万方方  
【摘要】: 节能减排,低碳生活已经成为全人类的共识。对于换热设备研究行业来说,提高换热效率,优化设备结构对于深化节能减排,减少不必要的能源的消耗等有深远的意义。本文从理论分析,设计计算,实验验证与数值模拟几个角度研究蒸发式冷凝器流场传热传质特性,主要从以下几个方面进行了研究工作。 (1)进行蒸发式冷凝器设计计算软件的开发,得出结论为在蒸发式冷凝器中空气的最佳入口速度应为3m/s,此时传热面积适中同时传热效果较好。 (2)进行了蒸发式冷凝器箱体内干工况单排管束实验相对应的数值模拟,比对结果表明数值模拟结果与实验结果吻合良好,这说明数值模拟适用于蒸发式冷凝器的研究开发工作,并对节省资金,提高分析精度有非常好的作用。 (3)进行了扭曲管蒸发式冷凝器的优化模拟工作,主要从进风格栅,管排优化,管扭矩,截面变化和喷嘴形式等角度进行了分析与优化,分析结果表明,进风格栅的最佳角度为水平方向上下15°之间。管体扭矩在200-250mmm时传热较优,压降适中。管截面长短半轴之比在0.55-0.8之间时换热效果较好。方形喷嘴和传统的圆形喷嘴相比更加适用于蒸发式冷凝器的传热传质。 (4)针对目前已有管型的缺点进行了新型管型的研制与开发,并在同等工况下使用数值模拟手段和已有管型进行对比,数值模拟结果表明,异型扁管具有极佳的传热性能适宜于蒸发式冷凝器这种特殊换热器的传热传质。 (5)本文还通过多相流数值模拟进行了两相流时的数值模拟研究工作,数值模拟结果表明DPM模型适用于蒸发式冷凝器的研究工作,先进行了稳态状况下空气场的数值模拟,使用全组分物种输运模型,考虑空气中水蒸气的存在与影响,之后改变至非稳态模型,引入离散相,并进行各种参数设置如喷淋方式,喷嘴参数,管束区边界条件等,最后进行各个时间段的迭代,观察0s、0.3s、0.5s以及0.7s时流场的传热传质情况,最后进行单相以及两相充分传热传质之后的流场对比分析,分析结果表明离散相的引入对于改善流场传热具有极好的作用,这进一步证明了蒸发式冷凝器相对于普通传热方式所无法比拟的优点。
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