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《郑州大学》 2006年
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壳程纵流异径管束换热器强化传热研究

刘乾  
【摘要】:换热设备是化工、炼油、动力、食品、轻工等许多工业部门广泛使用的一种通用设备,其性能的好坏直接影响过程工业热经济性的高低。近年来,由于能源危机,强化传热技术和新型换热器的研究获得了飞速发展。 通过研究壳程纵流换热器的壳程结构特点及壳程流体流动与传热的规律,研发了异径管束换热器。该换热器不仅具有传统折流杆换热器抗流体诱导振动的性能,而且克服了折流杆换热器结构松散的缺点,使其在单位截面积上布管数量明显增多。传统的换热器都是采用同径管组成换热管束,因而,在流量波动的工况下,管程传热系数波动较大,对换热器的正常运行有影响。异径管束换热器的换热管束由直径不同的管子组成,这种换热管束在低雷诺数下传热系数随流量的波动相对同径管束而言较小,因此异径管束有一定的抗传热系数波动的性能,这使得换热器在流量波动的工况下工作性能稳定。异径管束换热器的管束支撑结构由波形钢条组成,该支撑结构能使壳程流体产生射流和纵向旋涡,因而强化了壳程传热。 采用FLUENT软件,运用周期性单元流道模型对异径管束换热器壳程流场进行了数值模拟,从壳程流场的模拟结果中回归出可用于工程实际的传热关联式与压降关联式,并且分析了不同结构对异径管束换热器壳程传热和压降的影响。 通过模型实验证明异径管束换热器单位体积换热量大,壳程压降低,综合传热性能好。模型实验为异径管束换热器的性能完善、结构优化和工程应用提供了依据。通过实验结果与数值模拟结果的对比验证了数值模拟结果的可信性。总之,异径管束换热器壳程支撑结构简单、制造加工方便,适合于大规模工业生产,因而具有广阔的发展和应用前景。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TK172

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