螺旋纏繞管換熱器傳熱數(shù)值模擬.pdf

1、螺旋纏繞管換熱器是一種高效緊湊的換熱器，具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積傳熱面積大、能承受高壓和易多流股化等諸多優(yōu)點(diǎn)。擴(kuò)展使用螺旋纏繞管換熱器可以節(jié)約金屬材料和減少設(shè)備用地，市場潛力巨大，對其研究具有重大意義。本文首先對螺旋纏繞管換熱器殼側(cè)流動進(jìn)行數(shù)值模擬研究，探討結(jié)構(gòu)參數(shù)、工況、物性參數(shù)對殼側(cè)流動與傳熱的影響。在此基礎(chǔ)上提出螺旋纏繞三葉管和螺旋纏繞橢圓管新型結(jié)構(gòu)并對其殼側(cè)和管內(nèi)流動與傳熱進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本文主要工作和結(jié)論有:

2、>　　(1)分析每個湍流模型的優(yōu)缺點(diǎn)最終選用Realizablek-ε兩方程模型為湍流模型，對邊界層低流速區(qū)采用scalablewallfunctions來對湍流模型進(jìn)行修正。殼側(cè)流動計算結(jié)果與Tubebank模型的關(guān)聯(lián)式吻合良好。
　　(2)通過對螺旋纏繞圓管殼側(cè)流動的結(jié)構(gòu)參數(shù)（纏繞管的外徑、纏繞的徑向間距和纏繞的軸向間距）、操作工況Re和物性參數(shù)Pr等5因素的正交試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)的影響權(quán)重順序?yàn)?Re＞Pr＞Pr＞P1＞

3、Dtubε。說明操作工況Re和物性參數(shù)Pr對螺旋纏繞管殼側(cè)流動的影響是最大的。單因素分析表明:隨著Re的增大，殼側(cè)流動的進(jìn)出口壓降、溫差，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，殼側(cè)表面的Nu都呈現(xiàn)增大的趨勢;隨著物性參數(shù)Pr的增大，殼側(cè)流動的進(jìn)出口壓降、表面Nu、阻力系數(shù)，傳熱系數(shù)都逐漸增大，而進(jìn)出口溫差則逐漸降低。最后對正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)的50組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到傳熱和流阻的關(guān)聯(lián)式。
　　(3)提出新型螺旋纏繞管換熱器，即螺旋纏繞橢圓管和三葉管換熱器。

4、利用數(shù)值模擬的方法分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)新型螺旋纏繞管換熱器殼側(cè)和管內(nèi)流動與傳熱特性。分析表明:新型結(jié)構(gòu)換熱器的管內(nèi)流動同樣出現(xiàn)類似螺旋纏繞圓管的二次流，但是二次流的方向和形狀差別較大。通過分析螺旋纏繞橢圓管的殼側(cè)和管內(nèi)流動發(fā)現(xiàn)，殼側(cè)綜合傳熱性能較差，但管內(nèi)綜合性能和場協(xié)同性都較好，因此整體而言具有強(qiáng)化傳熱優(yōu)勢;螺旋纏繞三葉管的殼側(cè)和管內(nèi)流動從綜合傳熱性能和場協(xié)同角度分析其性能都比較好，因此三葉管新型結(jié)構(gòu)能夠同時強(qiáng)化管內(nèi)和殼側(cè)傳熱，是一種優(yōu)異