三叶孔整圆形支撑板换热器的实验及数值模拟研究

论文摘要

作为工业领域大量使用的通用型设备，管壳式换热器的强化换热研究已然成为现今研究的热点问题。管壳式换热器的强化可分为管程强化和壳程强化，而提高壳程传热系数可以大大提高换热器的传热效果。目前对于壳程强化传热的方法有两个大的方向：一是通过换热管表面改性实现，二是利用壳程支撑结构实现。两种方法的共同点都是增加壳程流体扰动，破坏边界层，从而强化传热。本文首先回顾了管壳式换热器壳程强化换热的研究现状，主要对管束支撑结构的发展现况做了详细的介绍。其次对于一种新型管束支撑结构的换热器——三叶孔整圆形支撑板换热器进行实验研究，并利用线性拟合的方法得到该种换热器在实验雷诺数范围内的壳程传热准则关系式，同时应用换热器综合评价指标h/Δp比较该种换热器与传统的折流板式换热器的传热性能，发现这种新型结构换热器具有非常好壳程强化效果，相同雷诺数下其综合评级指标h/Δp是传统折流板式换热器的3～4倍。在实验基础上，本文应用数值模拟的方法对不同支撑板间距（300mm，350mm，400mm，450mm，500mm）的该种换热器进行单元模型的模拟研究。一方面根据其温度场、流场的分布，分析其强化机理；另一方面就模拟计算的结果进行分析，得到以下结论：随着支撑板间距的增大，换热器综合传热及阻力性能（h/Δp）逐渐提高，即间距越大传热综合性能越好。但是考虑到换热管支撑的刚度、强度及震动问题，并不能一味追求增大间距。文章最后对本文的主要工作进行了总结，进一步提出该种换热器更深层次的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 管壳式换热器研究背景
• 1.2 管壳式换热器强化换热研究现况
• 1.3 本文研究内容
• 2. 实验研究
• 2.1 实验基本原理
• 2.2 实验装置介绍
• 2.3 实验测试仪器及控制系统
• 2.4 实验方案及实验步骤
• 2.5 实验准确度的保证
• 3. 实验结果与讨论
• 3.1 实验换热系数计算
• 3.2 换热器壳层阻力对比分析
• 3.3 综合性能比较
• 3.4 温度效率及热效率分析
• 3.5 换热系数实验公式拟合
• 4. 传热过程的数值模拟
• 4.1 数值模拟
• 4.2 计算模型
• 4.3 模拟计算结果分析
• 5. 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 数据采集软件相关程序
• 附录二 光管传热计算表