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管壳式换热器的数值模拟及优化设计

专 业: 工程热物理
关键词: 管壳式换热器 数值模拟 优化设计
分类号: TK172
形 态: 共 89 页 约 58,295 个字 约 2.788 M内容
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内容摘要


在管壳式换热器中,折流板的间距和缺口高度对于换热器的性能有着重要的影响。

随着人们节能意识和节能要求的不断提高,作为能量交换设备的换热器,其性能的提高就成为了换热器设计研究的重要问题,本工作致力于折流板间距和折流板缺口高度的优化设计。

本文采用了数值模拟的方法对供热系统中的一个换热器的流体流动和换热进行了研究,得了很好的可视化的流动和换热图,对分析流动和换热起到了很好的效果。

为了实现换热器的优化设计,首先需要选择一个换热器的性能评价标准,本文通过对最小熵产法的分析,发现在所计算的换热器中,有限温差换热和压力损失所引起的两种不可逆耗散严重失衡,通过对其物理意义的分析,本文对熵产的应用范围提出了自己的观点。

同时,对场协同原理也做了简单地分析,给出了其不适用于本文的换热器评价的原因。

然后,结合前人对JF因子的应用,文章说明了其作为评价准则的理由。

本文首先对换热器的折流板间距进行了分析,得到了当折流板的间距改变时,壳侧流动的变化情况,换热情况和压力变化情况,重点分析了折流板缺口处和错流流动段流体压力损失的变化情况。

最后根据JF因子的大小,得到了当折流板间距变化时的最佳的折流板间距。

然后,用类似的过程分析了折流板缺口高度对于换热器性能的影响,并得到了一个最佳的折流板缺口高度。

本文还研究了将折流板间距和缺口高度同时作为设计参数的换热器优化设计问题,得到了折流板间距变化时,最佳折流板的缺口高度变化的情况,并将不同间距下的最佳值拟合成了一条优化的曲线。

本文在最后的部分分析了壳侧的流量变化对于折流板设计的影响,也分析了污垢热阻对于换热器的性能的影响..……

全文目录


摘要
第一章 绪论
1.1 管壳式换热器的简介
1.2 折流板的布置对于换热器性能的影响
1.3 研究现状
1.4 本课题拟完成的主要任务
第二章 管壳式换热器的模拟方法
2.1 引言
2.2 数值模拟的理论基础
2.2.1 计算流体力学
2.2.2 湍流的数值模拟
2.2.3 壁面函数法
2.2.4 换热器的数值模拟及其进展
2.3 网格以及边界条件的设置
2.3.1 流体计算软件简介
2.3.2 网格的划分
2.3.3 边界条件及计算的设置
2.3.4 换热器数值模拟的准确性
2.4 本章小结
第三章 换热器性能评价参数的分析
3.1 引言
3.2 熵产的分析
3.2.1 换热器中的熵产
3.2.2 两种不可逆损失的数量关系
3.2.3 最小熵产法的应用范围的界定
3.2.4 换热过程的当地熵产
3.3 场协同理论的分析
3.4 JF因子的分析
3.5 小结
第四章 折流板间距的优化
4.1 引言
4.2 折流板间距
4.2.1 数值计算的换热器结构概况
4.2.2 边界条件的设置
4.3 数值计算的结果及其分析
4.3.1 流动情况
4.3.2 压力变化
4.3.3 换热情况
4.4 折流板数目的优化
4.5 小结
第五章 折流板缺口高度的优化及其与折流板间距的关系
5.1 引言
5.2 换热器折流板缺口高度的优化
5.2.1 壳侧流动情况
5.2.2 折流板缺口高度对压降的影响
5.2.3 换热的分析
5.2.4 换热器最佳的折流板缺口高度
5.3 折流板的缺口高度与折流板间距的关系
5.3.1 换热系数和压降的变化
5.3.2 不同折流板布置下的JF因子
5.3.3 折流板的优化曲线
5.4 壳侧的流量对于优化结果的影响
5.5 污垢热阻对于优化结果的影响
5.6 小结
第六章 结论及展望
参考文献

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中图分类: > TK172 > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 工业用热工设备 > 换热设备

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