螺旋纏繞波紋管換熱器管板強度分析及傳熱性能研究.pdf

1、螺旋纏繞波紋管換熱器是將波紋管這種高效換熱管應用到普通纏繞管換熱器中，使得兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點充分發(fā)揮。這種新型換熱設備除了強化傳熱特點以外，螺旋纏繞波紋管截面的周期性擴張和收縮可以使管內(nèi)的污垢減少，同時單位體積的換熱管可以獲得更大的換熱面積，使得設備緊湊，節(jié)省空間等等。但是由于目前這種換熱器的應用還很少，各方面研究還有待深入。本論文以螺旋纏繞波紋管換熱器為研究對象，對換熱器管板的強度和流體的換熱性能進行以下方面的研究，主要工作及創(chuàng)新點如下:

2、
　　(1)利用有限元分析軟件ANSYS建立了包括螺旋纏繞管在內(nèi)的整體換熱器模型，對纏繞管換熱器管束的支撐作用進行了數(shù)值分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)管束對管板的支撐作用可以忽略不計。為進一步分析纏繞管的軸向剛度，本文還定義且擬合出了螺旋纏繞換熱管彈性模量等效系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。
　　(2)利用分析設計的方法對纏繞管換熱器管板的應力強度進行了數(shù)值計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)管板最大應力出現(xiàn)在管板邊緣的圓弧過渡段，而管板其他部位的應力很小;在對管板進行輕量化設計

3、的過程中發(fā)現(xiàn)中心部位的彎曲應力隨著管板減薄而增大的趨勢比較明顯。
　　(3)運用FLUENT軟件對螺旋纏繞波紋管和螺旋纏繞圓管管內(nèi)流體的流動狀態(tài)及強化傳熱的特性進行了研究比較，對比兩種換熱管內(nèi)部流體的流線云圖、管壁面換熱量云圖、管橫截面的溫度云圖、管橫截面的湍流強度云圖及管壁平均努賽爾數(shù)發(fā)現(xiàn)，螺旋纏繞波紋管管內(nèi)流體的湍流強度更加劇烈，流體混合程度更加充分，傳熱效果優(yōu)于螺旋纏繞圓管。
　　(4)就螺旋纏繞波紋管的結(jié)構(gòu)參數(shù)對管內(nèi)

4、傳熱的影響進行了單因素分析，結(jié)果表明:增大波紋管直徑d、減小纏繞半徑R、增大波高h、減小波距P均有利于管內(nèi)流體的傳熱。并且通過正交試驗的方法對螺旋纏繞波紋管的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行綜合分析，分析后得出直徑d對管內(nèi)傳熱影響最大，其次是波距P、波高h和纏繞半徑R，纏繞螺距S對管內(nèi)傳熱影響最小，基本可以忽略不計，并且得到了模擬范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)組合。另外還擬合了螺旋纏繞波紋管管內(nèi)流體傳熱努賽爾數(shù)的關(guān)聯(lián)式。
　　(5)對螺旋纏繞波紋管換熱器殼程流