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蜂窝夹套结构传热性能数值分析及其应用

朱浩军  
【摘要】: 九十年代初期,出现了一种新型高效夹套——蜂窝夹套,该结构以其优异的机械性能和传热性能广泛应用于食品、化工、造纸、卫生等行业。从强度角度来说,与一般夹套相比,蜂窝夹套设备大大降低了夹套壁厚和内筒壁厚,制造成本降低。从传热角度来说,蜂窝夹套的间隙比普通夹套的间隙要小,流通面积较小,流体在腔内流速显著增加,并且大量的蜂窝在夹套内起着扰流件的作用,流体在流经蜂窝点时不断改变流动方向和流动速度,形成紊流涡流使热(冷)交换加速,大大增加传热效果。基于蜂窝夹套内给热系数系统研究的文献很少,因此对蜂窝夹套设备传热性能进行研究显得十分迫切。 为了系统地研究蜂窝夹套设备流体的传热,探索蜂窝夹套设备的设计理论依据,本文应用CFD软件,对蜂窝夹套水冷却结构模型进行夹套侧给热系数的模拟计算,并将蜂窝夹套应用于导热油加热的薄膜蒸发器,进行了传热数值模拟分析计算,主要研究工作如下: 1.采用连续性方程、动量方程、能量方程及标准k ?ε方程建立了蜂窝夹套传热的数学模型,运用FLUENT软件对模型进行求解,通过求解得到了蜂窝夹套传热的详尽信息,模拟结果显示峰窝夹套的传热性能明显优于普通夹套,增加蜂窝夹套内流体的流速、消除流动死角可提高夹套内流体的给热系数,强化传热效果。 2.采用k -ε湍流模型对φ600冷却水蜂窝夹套的传热进行了计算分析,将模拟所得夹套传热系数与文献试验结果进行了比较,模拟结果和华东理工大学试验结果基本一致,不同流速下两者的变化趋势吻合,验证了模型的可行性。 3.根据φ600整体蜂窝夹套数值模拟的结果,给出一个可供工程设计用的蜂窝夹套内给热系数的值,并且以Nu = f(Re,Pr)的形式给出,若蜂窝夹套设备的结构尺寸和φ600模拟设备的结构尺寸相近,可直接用模拟得到的回归结果:α= 2.60 (λ/de)Re~(0.30)。 4.对φ170水冷却蜂窝夹套及普通夹套的传热性能进行计算分析,从流场和温度场分布情况分析得到:蜂窝夹套在蜂窝点附近,流体流速增大,在蜂窝夹套边角的小部分区域出现流动死角,其流动死角区明显较普通夹套少,并根据模拟得到回归结果:Nu = 0.99Re0.5,该结果可适用于相近结构尺寸的水冷却蜂窝夹套传热系数的计算。 5.将蜂窝夹套应用于0.4m~2薄膜蒸发器,对导热油加热的蜂窝夹套进行了传热性


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