夾套式熱管換熱器多場數(shù)值模擬與優(yōu)化研究.pdf

1、換熱器是工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備，針對傳統(tǒng)換熱器普遍存在低溫露點腐蝕的問題，以夾套式熱管作為傳熱元件的熱管換熱器作為一種新型換熱器，憑借傳熱效率高、壓力損失小、防止震動、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢，得到了迅速發(fā)展。本文針對夾套式熱管及其換熱器，以計算流體力學軟件FLUENT6.3為平臺，以實驗測試數(shù)據(jù)為邊界條件，對熱管元件進行數(shù)值計算。并選用κ-ε雙方程模型對夾套式熱管換熱器進行數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。主要研究工作及結(jié)論如下：
　　 ⑴通過熱管

2、實驗，得出不同充液率下，熱管內(nèi)部工質(zhì)和管外壁的溫度分布，對數(shù)據(jù)進行多項式回歸，計算出等效導熱系數(shù)和充液率的關(guān)系式。利用能量守恒原理，算出熱管總換熱量，得到了熱管工質(zhì)蒸汽蒸發(fā)速度和工質(zhì)對流換熱系數(shù)的實驗關(guān)聯(lián)式。
　　 ⑵利用仿真軟件FLUENT，得出了5種不同充液率、3種不同加熱功率下，熱管內(nèi)部工質(zhì)的溫度分布。結(jié)果顯示：離熱管頂部最近的地方溫度最高，在熱管頂部蒸汽出現(xiàn)回流現(xiàn)象；熱管內(nèi)部工質(zhì)的速度最低的地方出現(xiàn)在熱管上部靠近冷卻水管

3、的地方，此處的冷凝速率達到最大值；數(shù)值模擬與實驗數(shù)據(jù)相對誤差小于5％。
　　 ⑶熱管管壁溫度模擬結(jié)果顯示，管壁溫度由底部到熱管頂部逐步上升。對于充液率40％的熱管，上升幅度越來越??；充液率為50％的熱管，當橫向坐標在7.5mm～22.5mm區(qū)間內(nèi)時，溫度接近于線性上升，之后上升幅度變小。
　　 ⑷選用SIMPLE算法，對熱管換熱器殼程內(nèi)部場進行了模擬計算，分析了不同流量時，速度、溫度、局部對流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律：管

4、排周圍溫度等值線比較密集，溫度梯度較大，而在每組管束中間區(qū)域及管束與殼壁之間的區(qū)域，溫度分布均勻，溫度梯度較??；隨著流量的增大，速度增大，湍動程度加劇，從而換熱系數(shù)也隨之增大。但熱管換熱器的換熱溫差會降低；煙氣流經(jīng)管束時，在管束尾部形成一個楔形的渦流區(qū)，速度在流體出現(xiàn)脫體的地方達到最大。湍流強度在中心區(qū)域最大，中心區(qū)域的換熱強度明顯高于邊緣處。
　　 ⑸研究分析了熱管換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對換熱器的換熱及阻力的影響，得出了換熱器結(jié)