新型聚丙烯中空纖維換熱器的數(shù)值模擬及其強(qiáng)化傳熱研究.pdf

1、新型聚丙烯中空纖維換熱器的數(shù)值模擬及新型聚丙烯中空纖維換熱器的數(shù)值模擬及其強(qiáng)化傳熱研究強(qiáng)化傳熱研究Numericalsimulationofnovelpolypropylenehollowfiberheatexchangeritsheattransferenhancement學(xué)科專業(yè)：膜科學(xué)與技術(shù)研究生：趙婕指導(dǎo)教師：李保安研究員天津大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零壹三年五月摘要中空纖維換熱器作為緊湊型塑料換熱器的一種，具有占地面積小、能耗低、價(jià)格

2、便宜、不易結(jié)垢和腐蝕、重量輕、易加工安裝等優(yōu)點(diǎn)，已受到越來(lái)越多的研究者的重視。但傳熱性能差一直是制約其廣泛應(yīng)用的主要因素。了解中空纖維換熱器的流動(dòng)與傳熱特點(diǎn)，找到強(qiáng)化其傳熱的途徑，開(kāi)發(fā)新型結(jié)構(gòu)的中空纖維換熱器成為目前主要的研究方向。本文以聚丙烯管殼式中空纖維換熱器為研究對(duì)象，以通用的計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent為研究工具，以全面了解換熱器的特點(diǎn)，尋求改善其傳熱性能的方法。本文建立了管殼式中空纖維換熱器的三維模型，通過(guò)采用流固耦合的方式實(shí)

3、現(xiàn)了管程和殼程整體模擬。通過(guò)對(duì)不同流速及流程工況進(jìn)行模擬，將獲得的總傳熱系數(shù)值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，同時(shí)將模擬獲得的管程、殼程和壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)值與理論公式計(jì)算值進(jìn)行比較，均取得了很好的一致性，驗(yàn)證了所建立模型的正確性和可靠性。整體模擬結(jié)果表明，提高殼程流速比提高管程流速更有助于改善換熱器的總體傳熱性能。文章對(duì)換熱器管程、殼程和壁面進(jìn)行了單獨(dú)分析，以了解換熱器的流動(dòng)和傳熱特點(diǎn)。換熱器管程、殼程和壁面熱阻占總熱阻的比例約為20%，50%，30%。

4、纖維的裝填密度和有效長(zhǎng)度，纖維壁面的厚度和熱導(dǎo)率均會(huì)影響換熱器使用中的總傳熱系數(shù)，論文對(duì)此也進(jìn)行了研究分析。纖維填充率影響殼程流體的分布情況，傳熱性能受填充率和流速的綜合影響，存在最佳的填充率數(shù)值，約為13%19%。在相同的傳熱面積下，填充率和長(zhǎng)度共同決定換熱器的形狀，存在最佳的長(zhǎng)度值。增加纖維熱導(dǎo)率和減薄纖維壁厚，有利于提高總傳熱系數(shù)。為對(duì)殼程單獨(dú)模擬時(shí)壁面邊界條件的設(shè)置提供依據(jù)，本文根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)壁面?zhèn)鳠崆闆r進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明