盘管式冷凝换热器的数值模拟及性能研究

论文摘要

冷凝式换热器是通过冷凝烟气中的水蒸气,使得其中的汽化潜热得以利用,从而提高热效率的换热器。这种换热器与传统的换热器不同,尤其是在设计思想上有很大的差异。论文根据冷凝换热过程传热传质的特点,对冷凝式换热器进行了合理必要的简化假设,应用计算流体力学（CFD）方法,建立了盘管式冷凝换热器的三维数学物理模型。通过前处理器Prostar建立了数学模型的三维离散网格,针对冷凝换热器烟气通道考虑与不考虑冷凝的情况,对传热传质耦合的边界进行了定义,编制了用户自定义程序。通过STAR-CD实现对耦合传热传质过程求解。对于数值模拟的结果进行处理得到了烟气通道内的压力、速度及温度分布图以及盘管和水流的温度梯度分布图。在大量数值模拟结果的基础上,对比考虑与不考虑冷凝情况下的速度、温度和压力等的分布差异,并根据两种情况下的水流出口平均温度的变化特点,分别分析了不同工作条件和几何参数的变化对冷凝以及换热器效能的影响。数值模拟以及热效率分析的结果表明,冷凝使得换热器内部的温度场以及水流的温度分布发生了变化,换热效果以及能量的利用状况也发生了变化。分析结果对冷凝式换热器优化设计提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 学术背景及理论与实际意义
• 1.1.1 冷凝式换热器的涵义
• 1.1.2 换热器热效率的两种表示方法及涵义
• 1.1.3 传热传质理论
• 1.2 冷凝式换热器的发展历史和应用现状
• 1.2.1 冷凝式换热器的发展历史
• 1.2.2 冷凝式换热器的应用现状
• 1.2.3 强化传热的研究现状
• 1.2.4 传质传热的研究现状
• 1.3 本研究课题的主要内容、目标与方法
• 第2章 冷凝式换热器数学模型的建立及研究
• 2.1 三维数学模型
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 能量守恒方程
• 2.1.3 动量守恒方程
• 2.2 耦合传热
• 2.3 冷凝的处理方法
• 2.4 紊流理论
• 2.4.1 紊流特性
• 2.4.2 紊流方程
• 第3章 数学模型的参数研究及求解
• 3.1 换热器模型的参数及边界条件
• 3.1.1 换热器基本几何参数
• 3.1.2 材料属性
• 3.1.3 边界条件
• 3.2 模型求解
• 3.3 模型的程序结构
• 第4章 冷凝式换热器性能模拟结果分析
• 4.1 不考虑冷凝情况的数值模拟结果及其分析
• 4.1.1 速度分布
• 4.1.2 压力分布
• 4.1.3 温度分布
• 4.2 考虑冷凝情况的数值模拟结果及其分析
• 4.2.1 速度分布
• 4.2.2 压力分布
• 4.2.3 温度分布
• 第5章 冷凝式换热器的综合效能分析
• 5.1 效能分析理论
• 5.1.1 换热过程中能量的转化和损失
• 5.1.2 节能效果理论分析
• 5.2 不同技术参数对换热器效能的影响
• 5.2.1 入口水流流量对效能的影响
• 5.2.2 入口水流温度对效能的影响
• 5.2.3 不同烟气流量对效能的影响
• 5.2.4 不同盘管间隙对效能的影响
• 5.3 换热器热效率与排烟温度的关系
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文