新型異徑布管夾持結構換熱器的研究與開發(fā).pdf

1、換熱設備是石油化工、熱電、核電、冶金、環(huán)保等許多行業(yè)廣泛使用的過程設備。在煉油、化工裝置中換熱器占總設備數量的40％左右。隨著工業(yè)的高速發(fā)展、能源的日趨緊張、裝置的大型化，新型高效節(jié)能換熱設備的研究倍受重視。本文提出一種新型異徑布管夾持結構換熱器，該換熱器具有傳熱效率高、流體阻力小、抗振效果顯著、使用壽命長等特點。 論文主要研究工作如下： 1．首次提出異徑布管夾持結構換熱器?？紤]換熱器異徑布管方式，該結構比相同體積下傳統(tǒng)

2、換熱器傳熱面積增加30％左右。 2．首次提出“五管單元流道”模型，對異徑布管夾持結構換熱器殼側單相湍流流動進行了流場、溫度場耦合的三維數值模擬。通過實驗比對，確認該模型的數值模擬方法能夠準確反應殼側流動和傳熱變化規(guī)律。研究了新型換熱器結構參數的變化對傳熱和流動的影響，得到該換熱器殼側傳熱和流動阻力的無因次準數關系式。為進一步優(yōu)化新型換熱設備提供了理論基礎。 3.發(fā)展了場協(xié)同理論在復雜結構中的應用。編制自定義程序提取了殼側

3、平均場協(xié)同角的直觀圖。通過數值模擬的方法分析了速度矢量、溫度梯度矢量及二者間夾角對流體換熱能力的作用，首次推導出夾持結構殼程場協(xié)同角的計算公式，通過分析，得到該結構具有較好的場協(xié)同效果。 4.從綜合傳熱方面考慮，提出折流柵的合理間距。與折流板相比，固有頻率得以很大提高，具有較強的抗振能力，起到延壽的作用。 5．本文對于換熱器的流體誘導振動機理作了分析。本文首次通過動態(tài)模擬計算出不同結構參數及流速下漩渦脫落頻率，得到具有工

4、程應用價值的St-Re及St-p/t圖，并用以計算出該結構工況下的頻率特征。提取了縱向流對換熱管產生的作用力，為結構改進提供科學依據。 6．管板強度計算中對非正三角形和非正方形開孔的管板等效彈性常數的求解在國內外尚未深入研究。本文首次推導出異徑開孔管板等效彈性常數的解析解。并且利用等撓度變形規(guī)則，提出求取等效彈性常數的數值方法，通過對比ASME提供的等效彈性常數曲線圖，驗證了數值方法的準確性。并在大量ANSYS數值模擬計算基礎上