蒸发式冷凝器强化传热及强度分析

论文摘要

蒸发式冷凝器是在化工生产和制冷领域中广泛应用的一种高效冷凝器,它具有节水、节能和占地面积小等优点。蒸发式冷凝器的工作过程存在着三种流体间的传热传质:制冷剂蒸气在换热盘管管内冷凝,管外有水流和空气流的相互流动。空气流、水流和制冷工质流的相互流动方式多种多样,因此,蒸发式冷凝器有许多种结构形式,但是换热盘管部分是过程中不可缺少的,也是最重要的。为此,本文完成了以下工作:（1）对蒸发式冷凝器进行传热传质过程进行分析,发现进风吸收水蒸气的能力对蒸发式冷凝器的运行具有重要的影响。进风的相对湿度小,吸收水蒸气的能力大。在空气温度变化不大的情况下,决定相对湿度的重要因素是湿球温度。（2）优化了蒸发式冷凝器的设计算法,对蒸发温度、空气湿球温度以及配风量、配水量的选取进行讨论,并结合实例进行了设计计算,而后对蒸发式冷凝器部件进行设计选型,并说明了整机安装时需要注意的问题。（3）对蒸发式冷凝器内部气流分布进行了CFD模拟,管束叉排时流体在管道间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动,比顺排时在管间走廊通道的流动扰动剧烈,更有利于强化蒸发过程。然而叉排管束的阻力损失大于顺排。（4）叉排排列时改变管间距进行模拟,得到横向管间距在2.0～2.5d之间,纵向管间距在1.75～2.0d范围内选取,空气流场及空气动力学性能较好;对气流进口状态进行模拟,结果表明,来流速度角在-200°～20°,来流速度的选择在2.5m/s-3.5m/s之间选取,可以使蒸发式冷凝器传热和流阻性能达到较好状态。（5）设计了新式板束型蒸发式冷凝器,用多流程板束代替原来的单流程,板管内流体流速提高,换热系数增大,提高了蒸发式冷凝器换热性能。多排板管间采用板箱连接,可以很好的支撑板束,板管壁温度较高,容易使填料老化变形,板间不加填料。（6）对新式板束型蒸发式冷凝器的换热板部分,用Solidworks建立模型,而后利用COSMOS进行应力分析,表明在冷凝器整体装配时要尤其注意板箱上部的固定;对单个板管进行应力和热力分析,分析结果表明板的上下边线是最薄弱的地带,合理的焊接材料及焊接工艺提高焊缝的质量,减少温度对焊缝的应力破坏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 蒸发式冷凝器的工作原理及特点
• 1.3 蒸发式冷凝器的结构进展
• 1.3.1 常见形式
• 1.3.2 填料蒸发式冷凝器
• 1.3.4 鼓泡蒸发式冷凝器
• 1.3.4 异型管蒸发式冷凝器
• 1.3.5 套管蒸发式冷凝器
• 1.3.6 节能型蒸发式冷凝器
• 1.3.7 板式蒸发式冷凝器
• 1.4 国内外研究进展及应用前景
• 1.4.1 国外研究进展
• 1.4.2 国内研究进展
• 1.4.3 蒸发式冷凝器的应用前景
• 1.5 蒸发式冷凝器存在的问题及解决途径
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 蒸发式冷凝器的传热传质分析及改进设计-
• 2.1 前言
• 2.2 传热传质过程分析
• 2.2.1 蒸发式冷凝器传热过程
• 2.2.2 换热盘管间空气状态参数的变化
• 2.2.3 蒸发式冷凝器传热传质分析
• 2.3 蒸发式冷凝器的改进设计
• 2.3.1 蒸发式冷凝器"概算—校核"设计方法
• 2.3.2 有关参数的选取
• 2.3.3 蒸发式冷凝器盘管设计示例
• 2.3.3.1 冷凝器盘管结构初步规划
• 0的计算'>2.3.3.2 冷凝盘管的传热系数K′₀的计算
• j及传热系数K₀的计算'>2.3.3.3 光管当量换热系数α_j及传热系数K₀的计算
• 0'>2.3.3.4 确定光管传热面积F₀
• 2.3.4 蒸发式冷凝器部件选型及注意事项
• 2.4 本章小结
• 第三章 气流组织分布对蒸发式冷凝器的影响
• 3.1 引言
• 3.2 大型CFD软件FLUNET简介
• 3.2.1 FLUNET软件的特点
• 3.2.2 前处理软件GAMBIT
• 3.2.3 FLUNET软件的功能
• 3.3 蒸发式冷凝器的物理模型
• 3.3.1 蒸发式冷凝器的实物模型
• 3.3.2 蒸发式冷凝器的几何模型
• 3.3.3 边界条件
• 3.4 蒸发式冷凝器流场的数学模型
• 3.4.1 控制方程
• 3.4.2 湍流模型
• 3.4.3 壁面函数法
• 3.5 模拟结果与分析
• 3.5.1 传热管布管方式对气流特性的影响
• 3.5.2 管间距对气流特性的影响
• 3.5.2.1 不同横向管间距对气流特性的影响
• 3.5.2.2 不同纵向管间距对气流特性的影响
• 3.5.3 气流进口状态对气流特性的影响
• 3.5.3.1 来流速度进口方向的影响
• 3.5.3.2 来流速度大小对气流特性的影响
• 3.5.4 不同管型对气流特性的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 新式板束型蒸发式冷凝器开发与强度分析
• 4.1 引言
• 4.2 新式板束型蒸发式冷凝器的结构开发
• 4.3 高速有限元分析软件COSMOS介绍
• 4.4 板束型蒸发式冷凝器的整体结构应力分析
• 4.4.1 几何模型
• 4.4.2 网格划分
• 4.4.3 求解方法
• 4.4.4 分析结果
• 4.5 板束型蒸发式冷凝器的内压应力分析
• 4.5.1 几何模型
• 4.5.2 网格划分
• 4.5.3 求解方法
• 4.5.4 分析结果
• 4.6 板束型蒸发式冷凝器的热力分析
• 4.6.1 几何模型
• 4.6.2 网格划分
• 4.6.3 求解方法
• 4.6.4 分析结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 主要参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的论文