新型異徑布管夾持結(jié)構(gòu)換熱器的研究與開發(fā).pdf

1、換熱設(shè)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(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)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(shè)備的研究倍受重視。本文提出一種新型異徑布管夾持結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)換熱器?？紤]換熱器異徑布管方式，該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)換熱器殼側(cè)單相湍流流動進(jìn)行了流場、溫度場耦合的三維數(shù)值模擬。通過實驗比對，確認(rèn)該模型的數(shù)值模擬方法能夠準(zhǔn)確反應(yīng)殼側(cè)流動和傳熱變化規(guī)律。研究了新型換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對傳熱和流動的影響，得到該換熱器殼側(cè)傳熱和流動阻力的無因次準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式。為進(jìn)一步優(yōu)化新型換熱設(shè)備提供了理論基礎(chǔ)。 3.發(fā)展了場協(xié)同理論在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。編制自定義程序提取了殼側(cè)

3、平均場協(xié)同角的直觀圖。通過數(shù)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(dǎo)出夾持結(jié)構(gòu)殼程場協(xié)同角的計算公式，通過分析，得到該結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jié)構(gòu)參數(shù)及流速下漩渦脫落頻率，得到具有工

4、程應(yīng)用價值的St-Re及St-p/t圖，并用以計算出該結(jié)構(gòu)工況下的頻率特征。提取了縱向流對換熱管產(chǎn)生的作用力，為結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。 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(shù)的求解在國內(nèi)外尚未深入研究。本文首次推導(dǎo)出異徑開孔管板等效彈性常數(shù)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(shù)的數(shù)值方法，通過對比ASME提供的等效彈性常數(shù)曲線圖，驗證了數(shù)值方法的準(zhǔn)確性。并在大量ANSYS數(shù)值模擬計算基礎(chǔ)上