收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于CFD模拟的换热器传热性能分析与优化选型

李文敏  
【摘要】:换热器是过程工业中应用非常广泛的传热设备,其传热性能及效率对企业的经济效益有重要影响。在换热器的选型和设计中,传统的基于实验和流程尺度模拟计算的方法难以取得内部流动的详细信息,所以利用先进的CFD技术实现换热器的优化设计已成为学术界和工业界普遍关注的问题。本文针对工业环路反应装置中换热器的改进设计问题,开展了基于CFD模拟的换热器传热性能及优化的研究工作,目的是通过建立换热器的管程和壳程的三维模型,获得换热器管程和壳程内部详细流场信息,取得不同结构和操作条件对换热器性能的影响规律,实现换热设备的优化选型和设计。本文研究采用的方法及取得的数据将为换热器的结构优化及工程放大提供理论依据和模型支持。 (1)对管壳式换热器管程进行了CFD模拟。建立了不同类型的强化传热管的三维模型,取得了内部流动和传热信息,分析了换热管性能的影响因素。结果表明,螺旋扭曲扁管和内置扭带换热管的综合性能评价因子η值大于1,强化传热效果较好,尤其适用于高粘度流体。通过考察几何结构对换热管传热性能的影响,得到不同类型换热管的最优结构:扁管扁度A/B≤2.6,螺旋扭曲扁管扭曲程度S/de为6~22、扁度A/B为2~2.6,内置扭带换热管扭带扭率Y=2、余隙率ξ=0.1。 (2)取三种不同类型的管壳式换热器壳程进行了CFD模拟。结果表明,对于弓形折流板圆管换热器壳程流动,流体流动呈“Z”字形,存在流动和传热死区;折流板排列和结构对其传热和流阻特性有重要影响,在入口流速为1m/s的工况下,折流板数目为8,圆缺高度为0.4倍的壳体直径时,换热器综合性能最佳;弓形折流板扁管换热器壳程流动,与弓形折流板圆管换热器相比,流动方式两者类似,但是在滞留区,后者漩涡流速相对较快,出口温度也较前者高;对于自支撑型螺旋扭曲扁管换热器,壳程流体速度和温度分布比较均匀,不存在流动和传热死区,流体沿管束螺旋流动,为典型的纵向流动。 对比分析了三种换热器在不同工况下壳程传热和流阻特性。结果表明,压降和传热系数都随Re的增大而增大,但在相同Re下,螺旋扭曲扁管换热器的壳程压降要比其他两种换热器降低2~4倍,并且传热系数也最小。基于此,可认为在满足换热需求的条件下,用螺旋扭曲扁管换热器代替传统的弓形折流板换热器,可达到节能的目的。 (3)基于CFD模拟结果,对一个工业换热器进行了选型和设计,重点考察了不同的强化传热管代替普通圆管后换热器的传热性能。结果表明,选择内置扭带换热管代替圆管后,换热器管程传热效率显著提高,约为改造前的2.6倍。最后给出了工业换热器的初步设计。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈姝;高学农;徐娓;王端阳;;管壳式换热器新型管支撑结构在传热强化方面的进展[J];广东化工;2006年06期
2 彭维明,应纯同,曾实;涡管分离器流场的数值模拟及试验研究[J];机械工程学报;2002年02期
3 汪蕊,贺小华;薄膜蒸发器内流体流动模拟[J];南京工业大学学报(自然科学版);2004年01期
4 马希金,郭俊杰,孙永平;轴流式油气混输泵内部的CFD分析及优化设计[J];化工机械;2004年02期
5 贺世正;唐萍;;CFD模拟在种子罐消除振动中的应用[J];装备制造技术;2007年06期
6 刘彦娜;顾平道;谷慧芳;;喷雾轴流风机气动噪声的模拟及预测[J];煤矿机械;2008年10期
7 张新云;;气固流化床反应器内多相流CFD的研究进展[J];化工装备技术;2009年02期
8 蒋韦;胡明振;;基于CFD软件的水力旋流器进口设计及耐磨度评估[J];建材世界;2010年01期
9 翟恩昱;郑加强;;基于CFD的扇形雾喷头冲蚀磨损分析基于CFD的扇形雾喷头冲蚀磨损分析[J];林业机械与木工设备;2010年06期
10 曹晓畅;谢颖纯;朱钒;张廷安;;基于CFD数值模拟的除铁器设计的研究[J];矿山机械;2010年17期
11 王世杰;周勇;祝易松;李文科;;旋风风冷冷渣器的结构优化研究[J];工业炉;2010年06期
12 王杨睿;;西安某小区夏季自然通风的模拟[J];科技信息;2011年22期
13 魏利军,张政,胡世明,吴宗之;重气扩散的数值模拟[J];中国安全科学学报;2000年02期
14 周建亨,秦鹏飞;空气捻接器虚拟产品开发CFD技术研究[J];纺织器材;2003年03期
15 傅斌,李晓冬;对方形散流器送风口的数值描述方法及应用[J];哈尔滨商业大学学报(自然科学版);2004年02期
16 胡晓青,周建亨,秦鹏飞;利用CFD技术对空气捻接器的分析研究[J];纺织机械;2004年02期
17 邱雄飞;毕新刚;刘盛田;翟悦;;CFD仿真分析在换热器设计中的应用[J];舰船科学技术;2008年S2期
18 党小庆;李倩婧;潘民兴;胡红胜;;电除尘器气流分布数值计算方法研究[J];环境工程;2009年03期
19 彭珍珍;赵恒文;郭聪聪;汪文生;曾德全;;潜水搅拌机三维流场的数值模拟[J];给水排水;2009年S2期
20 岳彬;李晓明;张春贵;高中稳;邢绍杰;;斜管式预脱水器的数值模拟分析[J];石油化工设备;2010年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵连会;罗剑枫;黄志慧;;某型压气机三维CFD计算分析[A];中国动力工程学会透平专业委员会2010年学术研讨会论文集[C];2010年
2 陈君;代洪浪;李治友;;CFD在转炉二次除尘系统设计中的应用[A];第5届中国金属学会青年学术年会论文集[C];2010年
3 王金锋;谢晶;;基于CFD技术的冷藏车优化设计[A];上海市制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
4 黄龙太;;基于CFD的飞艇气囊气动外形优化研究[A];2011年中国浮空器大会论文集[C];2011年
5 朱家亮;张涛;韦朝海;冯春华;;基于CFD的内循环流化床流场结构分析及优化设计[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
6 孙春耕;罗璟;张利;何敏;;水压双喷嘴挡板阀先导阀的CFD分析[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
7 周易;王艳珍;刘春慧;;压缩机泵油系统CFD模拟计算[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
8 方键;凌祥;桑芝富;杨全保;;侧进式搅拌器混合过程的CFD模拟[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年
9 瞿晓华;陈江平;;轿车除霜CFD分析与试验验证[A];上海市制冷学会2007年学术年会论文集[C];2007年
10 吴金玉;陈江平;;汽车空调除霜系统的CFD研究及优化[A];上海市制冷学会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 云和明;细通道单相流动和传热特性的研究[D];山东大学;2007年
2 程秀花;温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究[D];江苏大学;2011年
3 陶素连;高性能沟槽式纤维复合热柱的制造及传热性能测试分析[D];华南理工大学;2012年
4 曹晓畅;管式搅拌反应器流动特性与混合特性的CFD数值模拟[D];东北大学;2009年
5 曾劲松;基于CFD的高浓漂白塔稀释区流场及卸料系统的研究[D];华南理工大学;2011年
6 康国兵;水力式流浆箱关键技术机理研究与CFD应用[D];华南理工大学;2011年
7 马千里;CFD非结构化网格流场体可视化方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 董国朝;钝体绕流及风致振动流固耦合的CFD研究[D];湖南大学;2012年
9 王晓微;基于CFD的大棚微气候与通风调控研究[D];武汉大学;2013年
10 赵蔚琳;高温热管翅性能及其强化传热过程的研究[D];南京工业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱浩军;蜂窝夹套结构传热性能数值分析及其应用[D];南京工业大学;2006年
2 梁寒雨;安全阀开启过程阀口流场的CFD数值模拟与试验研究[D];华南理工大学;2010年
3 赵鹏飞;船用螺旋桨敞水和空化性能CFD预报[D];大连理工大学;2011年
4 王宏亮;轴流式油气混输泵单个压缩级叶轮流场CFD模拟分析[D];兰州理工大学;2005年
5 余鑫;汽车液力变矩器内流场的数值分析[D];吉林大学;2005年
6 徐瑛杰;尾迹面法在CFD气动力计算中的应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
7 陈雪宇;建筑排水系统CFD模拟研究[D];南华大学;2010年
8 刘震卿;桥梁墩台局部冲刷与CFD仿真研究[D];湖南大学;2010年
9 任吉超;大口径复合式气体分布器流场CFD模拟和实验研究[D];天津大学;2010年
10 富影杰;基于CFD的螺旋槽干气密封微间隙流场及密封性能研究[D];兰州理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;艾默生网络能源CFD检测服务:节能从规划开始[N];中国计算机报;2009年
2 边际;林左鸣检查中航工业CFD技术研发工作[N];中国航空报;2010年
3 华北电力大学 冼海珍;振荡流热管技术已用于干燥行业[N];中国化工报;2007年
4 宋会江 Christy Hofherr;连铸喷嘴的水气性能与传热性能[N];世界金属导报;2009年
5 ;CID COD CCD CFD CBD CLD仅是概念吗?[N];中国建设报;2001年
6 副主任医师陶春祥;为什么沙锅煎药最好[N];中国医药报;2002年
7 戴法震;迎接Low-E玻璃发展新高潮[N];中国建材报;2006年
8 牟德鸿 本报记者  甄书秀;新技术推动太阳能热水器产业升级[N];中国质量报;2006年
9 ;自主创新融入全球产业链[N];江苏科技报;2008年
10 王祝堂;中国铝加工业在经济严寒中挺进(五)[N];中国有色金属报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978