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夹套式热管传热特性实验研究及其换热器壳程流场数值模拟

许欣  
【摘要】: 以热管作为传热元件的热管换热器具有传热效率高、压力损失小、工作性能可靠、结构紧凑等优点。但传统的热管换热器存在低温露点腐蚀的严重问题。本文针对新型的可应用于低温系统余热回收领域的夹套式热管及其换热器进行了深入研究,主要完成了以下工作: 进行了热管传热特性实验研究,分析了不同热流密度下热管径向、轴向外壁温度的分布。计算了不同充液率条件下热管的传热系数,并根据最小二乘法原理,推导出了热管传热系数与充液率及热流密度的实验关联式。经误差分析,传热系数的系统误差不超过±9.21%。 以计算流体力学软件FLUENT为平台,采用多孔介质模型对夹套式热管换热器壳程流场进行三维数值模拟研究。研究发现静压沿烟气流动方向近似呈线性分布,且总压降随着烟气入口流速的增加而增大。采用三种不同的分布阻力关系式进行模拟的计算结果趋势相同,其中Taborek关系式模拟结果与理论计算结果相对误差不超过8%。 为了弥补多孔介质模型不能描述换热器局部详细信息的不足,采用实体模型对夹套式热管换热器的代表性单元进行模拟计算,其计算结果与理论计算结果相对误差为5.4%。 分析了不同的结构参数对换热器压降的影响。综合考虑加工、安装、运行等因素,认为换热器翅片高度应小于26.5mm,翅片间距应大于6.5mm,热管横向间距应介于108~111mm之间,热管纵向间距应介于120~125mm之间。


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