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、結構緊湊、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。擴展使用螺旋纏繞管換熱器可以節(jié)約金屬材料和減少設備用地，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流動進行數(shù)值模擬研究，探討結構參數(shù)、工況、物性參數(shù)對殼側流動與傳熱的影響。在此基礎上提出螺旋纏繞三葉管和螺旋纏繞橢圓管新型結構并對其殼側和管內(nèi)流動與傳熱進行數(shù)值模擬研究。本文主要工作和結論有:

2、>　　(1)分析每個湍流模型的優(yōu)缺點最終選用Realizablek-ε兩方程模型為湍流模型，對邊界層低流速區(qū)采用scalablewallfunctions來對湍流模型進行修正。殼側流動計算結果與Tubebank模型的關聯(lián)式吻合良好。
　　(2)通過對螺旋纏繞圓管殼側流動的結構參數(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因素的正交試驗研究，發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)的影響權重順序為:Re＞Pr＞Pr＞P1＞

3、Dtubε。說明操作工況Re和物性參數(shù)Pr對螺旋纏繞管殼側流動的影響是最大的。單因素分析表明:隨著Re的增大，殼側流動的進出口壓降、溫差，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，殼側表面的Nu都呈現(xiàn)增大的趨勢;隨著物性參數(shù)Pr的增大，殼側流動的進出口壓降、表面Nu、阻力系數(shù)，傳熱系數(shù)都逐漸增大，而進出口溫差則逐漸降低。最后對正交試驗和單因素試驗的50組數(shù)據(jù)進行擬合得到傳熱和流阻的關聯(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構參數(shù)新型螺旋纏繞管換熱器殼側和管內(nèi)流動與傳熱特性。分析表明:新型結構換熱器的管內(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和管內(nèi)流動發(fā)現(xiàn)，殼側綜合傳熱性能較差，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化傳熱優(yōu)勢;螺旋纏繞三葉管的殼側和管內(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，因此三葉管新型結構能夠同時強化管內(nèi)和殼側傳熱，是一種優(yōu)異