热气机排气冷却器换热性能及结构的优化设计研究

论文摘要

为保证热气机系统正常工作,需要研究设计排气冷却器,将热气机排气高温降到常温。其结构影响到工质的流动状态,并进一步影响换热性能。本文借助经典理论,并结合数值模拟方法对排气冷却器的性能与结构优化展开研究。初步确定排气冷却器结构类型为管壳式换热器,换热管采用单螺旋盘管式结构。调整模型结构参数,对复杂工况合理简化,运用CFD软件Fluent模拟各工况下排气冷却器管侧与壳侧的流动换热情况。对数值计算结果进行比较,找出管侧与壳侧的流动换热规律。采用DataFit9软件对模拟计算数据进行非线性回归,确定了相应的换热准则关系式,选择出优化的排气冷却器结构。在此基础上,根据传热学理论完成排气冷却器设计计算,并建立模型,为今后进一步改进排气冷却器的设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 换热器换热性能与结构优化研究的现状
• 1.2.1 国外研制机构在换热器换热性能与结构优化方面的研究现状
• 1.2.2 国内专业机构与研究人员在换热器领域的研究现状
• 1.3 目前在换热器换热性能与结构优化研究中存在的主要问题
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 排气冷却器研究的理论基础
• 2.1 传热学基本理论
• 2.1.1 传热过程分析
• 2.1.2 换热器的对数平均温差
• 2.1.3 换热器的热计算
• 2.1.4 传热的增强
• 2.2 计算流体动力学基本理论
• 2.2.1 基本控制方程
• 2.2.2 标准k - ε双方程湍流模型
• 2.2.3 CFD 模型的数值求解方法——有限体积法
• 2.2.4 SIMPLE 算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 排气冷却器换热性能与结构优化的研究
• 3.1 排气冷却器工作条件及初步设计方案
• 3.2 排气冷却器流动与换热数值计算模型
• 3.3 排气冷却器流动与换热数值计算结果
• 3.4 排气冷却器内部流体流动特性与结构对换热性能的影响分析
• 3.5 排气冷却器换热准则关系式的确定
• 3.6 计算结论
• 3.7 本章小结
• 第四章 排气冷却器设计计算
• 4.1 换热量计算
• 4.2 对数平均温差计算
• 4.3 排气对流换热系数计算
• 4.4 冷却水对流换热系数计算
• 4.5 换热器传热系数及换热面积计算
• 4.6 盘管结构尺寸计算
• 4.7 立式盘管高度计算
• 4.8 排气冷却器总体结构设计方案
• 4.9 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的工作及结论
• 5.2 本文的不足及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文