转子组合式强化传热与在线自清洁装置扰流场及温度场分析

【摘要】： 换热器是回收余热或废热、提高热能利用率的主要设备,其中管壳式换热器在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用非常普遍。多数换热器流速低、容易长垢,沉积的污垢不仅增加热阻、直接影响传热效率,而且引起流道变窄、流动阻力加大、动力消耗增加,甚至使设备局部过热,引起爆管等事故,影响设备安全运行。针对管壳式换热器存在问题,若要提高其换热效率、降低能耗,清除换热器内的污垢和减少污垢沉积、强化管内流体对流换热是非常重要的。 换热器强化传热及清洁技术一直是研究热点。转子组合式强化传热装置,可以实现换热管内在线自动清洗和强化传热。本研究借助数值模拟方法研究其强化传热机理、流体流动特性及传热特性,并进行实验验证。 本研究通过建立转子组合式强化传热装置管程三维流动换热模型,和采用RNGk-ε湍流模型,对换热管内的流场、温度场以及换热过程进行模拟,得到管内流体的流动特性和传热特性。模拟结果与实验数据吻合良好,表明装入强化传热装置的换热管换热效率较光管有很大提高,但同时阻力降增加。模拟结果还表明,换热管内的流场整体是较复杂的三维螺旋形流场,且靠近管壁处流体有明显的切向速度,湍流度也因此增大,增强了换热。还初步研究了转子导程和换热管内径两个参数对换热效率的影响,得出同样内径的换热管放置导程较小的转子会带来更优换热效率的结论。 【关键词】：数值模拟 转子组合式强化传热装置 RNGk-ε模型 强化传热
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 课题来源、名称15
• 1.2 研究背景15-16
• 1.3 强化传热与清洁技术的发展与现状16-21
• 1.3.1 几种常见内插件和强化管现有的研究方法与成果16-21
• 1.4 CFD方法介绍及在相关领域的应用21-25
• 1.4.1 CFD方法及常见CFD软件21-23
• 1.4.2 CFD方法的应用23-25
• 1.5 本文研究内容25-26
• 第二章 转子组合式强化传热装置参数化模型的建立26-39
• 2.1 转子组合式强化传热与在线自清洁装置的特点与结构26-29
• 2.1.1 特点与结构26-27
• 2.1.2 强化传热及自清洁原理27-28
• 2.1.3 工业试验及应用28-29
• 2.2 实验装置29-31
• 2.3 建立转子组合式强化传热与在线自清洁装置模型31-39
• 2.3.1 实体模型31-32
• 2.3.2 网格划分32
• 2.3.3 传热模型的确定及方程32-33
• 2.3.4 湍流模型的确定33-36
• 2.3.5 湍流模型方程36-38
• 2.3.6 本章小结38-39
• 第三章 计算结果与实验数据对比及分析39-51
• 3.1 边界条件39
• 3.2 求解设置39-40
• 3.3 计算结果与实验结果对比及分析40-49
• 3.3.1 第一组数据模拟结果分析40-45
• 3.3.2 整体分析模拟结果45-49
• 3.4 本章结论49-51
• 第四章 不同结构参数的转子与换热管带来的换热效果51-61
• 4.1 管内部流场与温度场分析51-56
• 4.1.1 计算设置51
• 4.1.2 边界条件设置51-52
• 4.1.3 计算结果及分析52-56
• 4.2 几种结构参数组合的换热套管换热效果比较56-60
• 4.3 本章结论60-61
• 第五章 结论61-63
• 5.1 结论61
• 5.2 继续研究内容61-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-66
• 发表的学术论文66-67
• 作者和导师简介67-68
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书68-69

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