新型聚丙烯中空纖維換熱器的數值模擬及其強化傳熱研究.pdf

1、新型聚丙烯中空纖維換熱器的數值模擬及新型聚丙烯中空纖維換熱器的數值模擬及其強化傳熱研究強化傳熱研究Numericalsimulationofnovelpolypropylenehollowfiberheatexchangeritsheattransferenhancement學科專業(yè)：膜科學與技術研究生：趙婕指導教師：李保安研究員天津大學化學工程學院二零壹三年五月摘要中空纖維換熱器作為緊湊型塑料換熱器的一種，具有占地面積小、能耗低、價格

2、便宜、不易結垢和腐蝕、重量輕、易加工安裝等優(yōu)點，已受到越來越多的研究者的重視。但傳熱性能差一直是制約其廣泛應用的主要因素。了解中空纖維換熱器的流動與傳熱特點，找到強化其傳熱的途徑，開發(fā)新型結構的中空纖維換熱器成為目前主要的研究方向。本文以聚丙烯管殼式中空纖維換熱器為研究對象，以通用的計算流體力學軟件Fluent為研究工具，以全面了解換熱器的特點，尋求改善其傳熱性能的方法。本文建立了管殼式中空纖維換熱器的三維模型，通過采用流固耦合的方式實

3、現了管程和殼程整體模擬。通過對不同流速及流程工況進行模擬，將獲得的總傳熱系數值與實驗值進行比較，同時將模擬獲得的管程、殼程和壁面?zhèn)鳠嵯禂抵蹬c理論公式計算值進行比較，均取得了很好的一致性，驗證了所建立模型的正確性和可靠性。整體模擬結果表明，提高殼程流速比提高管程流速更有助于改善換熱器的總體傳熱性能。文章對換熱器管程、殼程和壁面進行了單獨分析，以了解換熱器的流動和傳熱特點。換熱器管程、殼程和壁面熱阻占總熱阻的比例約為20%，50%，30%。

4、纖維的裝填密度和有效長度，纖維壁面的厚度和熱導率均會影響換熱器使用中的總傳熱系數，論文對此也進行了研究分析。纖維填充率影響殼程流體的分布情況，傳熱性能受填充率和流速的綜合影響，存在最佳的填充率數值，約為13%19%。在相同的傳熱面積下，填充率和長度共同決定換熱器的形狀，存在最佳的長度值。增加纖維熱導率和減薄纖維壁厚，有利于提高總傳熱系數。為對殼程單獨模擬時壁面邊界條件的設置提供依據，本文根據模擬結果對壁面?zhèn)鳠崆闆r進行了統(tǒng)計分析，結果表明