夾套式熱管換熱器多場(chǎng)數(shù)值模擬與優(yōu)化研究.pdf

1、換熱器是工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備，針對(duì)傳統(tǒng)換熱器普遍存在低溫露點(diǎn)腐蝕的問(wèn)題，以?shī)A套式熱管作為傳熱元件的熱管換熱器作為一種新型換熱器，憑借傳熱效率高、壓力損失小、防止震動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)，得到了迅速發(fā)展。本文針對(duì)夾套式熱管及其換熱器，以計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT6.3為平臺(tái)，以實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)為邊界條件，對(duì)熱管元件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。并選用κ-ε雙方程模型對(duì)夾套式熱管換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。主要研究工作及結(jié)論如下：
　　 ⑴通過(guò)熱管

2、實(shí)驗(yàn)，得出不同充液率下，熱管內(nèi)部工質(zhì)和管外壁的溫度分布，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式回歸，計(jì)算出等效導(dǎo)熱系數(shù)和充液率的關(guān)系式。利用能量守恒原理，算出熱管總換熱量，得到了熱管工質(zhì)蒸汽蒸發(fā)速度和工質(zhì)對(duì)流換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。
　　 ⑵利用仿真軟件FLUENT，得出了5種不同充液率、3種不同加熱功率下，熱管內(nèi)部工質(zhì)的溫度分布。結(jié)果顯示：離熱管頂部最近的地方溫度最高，在熱管頂部蒸汽出現(xiàn)回流現(xiàn)象；熱管內(nèi)部工質(zhì)的速度最低的地方出現(xiàn)在熱管上部靠近冷卻水管

3、的地方，此處的冷凝速率達(dá)到最大值；數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差小于5％。
　　 ⑶熱管管壁溫度模擬結(jié)果顯示，管壁溫度由底部到熱管頂部逐步上升。對(duì)于充液率40％的熱管，上升幅度越來(lái)越?。怀湟郝蕿?0％的熱管，當(dāng)橫向坐標(biāo)在7.5mm～22.5mm區(qū)間內(nèi)時(shí)，溫度接近于線性上升，之后上升幅度變小。
　　 ⑷選用SIMPLE算法，對(duì)熱管換熱器殼程內(nèi)部場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算，分析了不同流量時(shí)，速度、溫度、局部對(duì)流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律：管

4、排周圍溫度等值線比較密集，溫度梯度較大，而在每組管束中間區(qū)域及管束與殼壁之間的區(qū)域，溫度分布均勻，溫度梯度較??；隨著流量的增大，速度增大，湍動(dòng)程度加劇，從而換熱系數(shù)也隨之增大。但熱管換熱器的換熱溫差會(huì)降低；煙氣流經(jīng)管束時(shí)，在管束尾部形成一個(gè)楔形的渦流區(qū)，速度在流體出現(xiàn)脫體的地方達(dá)到最大。湍流強(qiáng)度在中心區(qū)域最大，中心區(qū)域的換熱強(qiáng)度明顯高于邊緣處。
　　 ⑸研究分析了熱管換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)換熱器的換熱及阻力的影響，得出了換熱器結(jié)