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插管式换热器是通过换热管内部与封盖之间建立起来的流路,由热流体对冷流体进行热量传递。目前国内外对插管式换热器提高传热性能的研究主要以在换热管内插入内件的方式和清理换热管结垢等方式为主。二者尽管增强了换热器的传热性能,但实验成本高、操作难。因此,本文提出将管排序优化应用于插管式换热器中,主要分为三个部分:管排序优化、数值模拟分析、实验验证。首先,将插管式换热器的管排序方式进行优化,分为叉排排布和顺排排布。优化结果发现,叉排排布换热器的传热性能强于顺排排布换热器。在相同的边界条件下,叉排排布换热器中空气最高温度高于顺排33K;利用PEC综合性能评价对两种管排的分析发现,在相同的雷诺数下,叉排的综合性能评价高于顺排的20%-30%;在相同条件下,叉排排布换热器相比顺排,不仅实现了高效换热,而且减小了换热器面积,达到了降低成本,节约能源的效果。其次,对换热器相关结构的工艺要求进行了三维设计,并利用Gambit软件建立插管式换热器模型,设置边界条件;将模型导入Fluent中,设置参数,进行数值模拟分析。模拟结果发现,空气出口速度在1.8m/s左右,空气出口温度在389K左右,均符合工艺要求。对插管式换热器数值模拟结果分析发现:随着速度的逐渐增大,空气换热后的温度逐渐降低;增加换热管的直径,可使换热效果更佳。最后,搭建实验平台,测量实验数据,对实验数据进行处理,并通过计算数据的不确定度,验证实验数据的偏差,其中主换热区内测量参数计算传热量Q_s的不确定度在5.23%以内,表面传热系数h_s的不确定度在6.42%以内,平均努塞尔数Nu的不确定度在4.81%以内,阻力系数f_s的不确定度在6.64%以内,各参数结果均满足误差要求。将努赛尔数的实验值与理论预测值进行对比,发现偏差在6.12%左右,验证了实验数据的准确性。本文的优点是将插管式换热器中的换热管管间距进行优化,提高插管式换热器的传热性能;利用CFD软件对换热器进行热、流、固耦合仿真分析,得到空气进口和出口的速度和温度结果,对比实验分析,达到节约能源的效果。