论文部分内容阅读
大小孔折流板是北京化工大学开发的新型折流板,分为整圆大小孔折流板和带缺口大小孔折流板,波纹管是传热效率较高的一种异型管,大小孔折流板与波纹管组合的新型换热器相比普通的管壳式换热器具有较好的综合传热性能,值得深入研究与开发。本文通过数值模拟方法对大小孔折流板与给定波纹管组合而成的换热器进行流体流动与传热研究,其主要内容以及研究成果如下: (1)针对整圆大小孔折流板与波纹管组合的新型换热器进行流体仿真模拟实验,重点研究折流板间距和大孔直径等结构参数的改变对换热器传热的影响。随着大孔直径的增加,壳程进出口压力降、传热系数、努塞尔数都减小,综合传热性能增强;但随着折流板间距的降低,壳程压力降基本不变,但壳程传热系数和努塞尔数都有小幅的增加。 (2)研究带缺口大小孔折流板波纹管换热器的流体传热特性,重点探究了缺口高度以及其他结构参数对大小孔折流板波纹管换热器的影响。结果表明,和整圆大小孔折流板换热器类似,随着缺口高度的增加,壳程进出口压力降、传热系数、努塞尔数都减小,综合传热性能增强;随着大孔直径的增加,带缺口大小孔折流板换热器壳程进出口压力降、传热系数、努塞尔数都减小,综合传热性能增强;同样,折流板间距对带缺口大小孔折流板波纹管换热器壳程压力降、传热系数和努塞尔数的影响很小。此外,研究发现带缺口大小孔折流板壳程压降较整圆大小孔折流板换热器低,传热系数也低,但综合传热性能却高于整圆大小孔折流板换热器。 (3)利用正交试验设计L9(34)正交表,建立不同结构参数的整圆大小孔折流板波纹管换热器和带缺口大小孔折流板波纹管换热器流体域模型,根据模拟结果分析确定所研究换热器换热性能影响最大的最佳结构参数。极差分析法也发现无论是带缺口还是不带缺口换热器,大孔直径都是对压降和传热系数影响最大的因素,其次是折流板缺口高度,影响最小的是折流板间距。 (4)改变结构参数和壳程流速建立不同换热器模型进行数值模拟,根据数值模拟结果拟合出整圆大小孔折流板与波纹管组合换热器以及带缺口折流板与波纹管组合换热器的传热准则关联式Nu式,并进行了验证。 (5)对比分析了两种结构大小孔折流板波纹管换热器的综合传热系数,发现带缺口的大小孔折流板波纹管换热器的综合传热系数高于整圆大小孔折流板波纹管换热器。