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新型螺旋折流片式换热器强化传热研究

梅娜  
【摘要】: 管壳式换热器壳侧强化传热问题一直受到专家学者们的重视,人们也在不断探索改进传统管壳式换热器壳侧结构的新方案。近年来,螺旋折流板式换热器的研究引起了众多研究者对旋流强化壳程换热的重视,经研究发现,螺旋流动可以可提高有效传热温差,通道中的速度梯度影响了边界层的形成,使传热系数有较大的增加,且基本不存在流动与传热死区,但其制造比较困难。 本文在这样的背景下,展开了新型壳程强化方法—螺旋折流片强化壳侧换热方案的研究与开发。本文在总结和吸取前人成功经验的基础上,提出将管壳式换热器的全部或部分传热管套上螺旋折流片,代替折流板对管束支撑的方案,可诱导形成多个局部螺旋流场,不仅可强化被套的管子本身,而且也强化其周围管子的传热,通过无功强化的方式获得较高的强化传热效果。 针对流场的特点,建立单管和四管模型,利用大型计算流体力学软件FLUENT6.0对壳侧流场、温度场进行模拟,着眼于流动与换热的局部细节信息,探讨其强化换热的机理。从不同结构参数的螺旋片对壳侧流动工况适应性的角度,综合分析了其与光管在换热性能上的比较。结果显示,螺旋片所强化的壳程换热系数比光管通道高37.96%~100.06%,平均74.28%;整体上看,大螺旋角度的螺旋片强化换热的效果好,而小螺旋角度的螺旋片适应流速的范围较广,实际应用时,应当结合换热器的实际应用工况来综合评价其优劣。 本文的研究工作为旋流强化换热机理的探讨打开了思路,也为该方案后续的理论与实验研究提供了有益的参考,无疑为管壳式换热器开辟了更加广阔的应用空间。


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