钉头管自支撑冷凝器壳侧冷凝传热研究

摘要

管壳式换热器是一种高效、经济、稳定、能够灵活加以应用的换热器，因此被广泛应用于炼油、化工、制冷、机械和动力行业中。同时，由于种种原因，在当今社会，能源紧缺已经成为制约社会发展，阻碍社会进步的主要因素。在当前新能源开发举步微艰的时候，如何发挥换热器的的传热能力，如何节约能源，即如何在有限的能源下，获得最大的效益便显得极为重要。因此研究和开发有效的强化传热技术，将会给社会带来巨大的经济效益。 到目前为止，管壳式换热器的强化传热研究主要集中在传热管上，各行业已经开发出了各式各样的强化传热管，并且对这些管的强化机理都作了深入的研究。从这些研究文献里，我们发现管程的强化传热研究已经较为深入和成熟，而关于管束的壳程的强化传热研究相对比较少，并且主要集中在管型或支撑结构上。本课题提出的钉头管-光管混合管束换热器是一种集壳程强化传热和管子自支撑于一体的新型换热器，探讨的目的就是其壳程的强化传热机理。 本文从实验出发，首先对实验设备作了设计和安装，并且以光管为对象，对实验设备做了校验实验。校验实验是以蒸汽为冷凝介质，在壳程中冷凝，结果表明：实验数据和理论计算结果相差10％，满足实验研究要求。对于实验数据的处理，本论文从多个方面加以论述，并且找到适用于本实验的最佳方法，然后通过对实验数据的计算处理，得到钉头管-光管混合管束的实验结果。 实验研究表明，钉头管一光管混合管束冷凝换热器具有较强的冷凝传热效果。通过对S=20mm，S=3.5mm，S=50mm以及纯光管管束的实验比较，所有的钉头管-光管混合管束的壳侧的冷凝效果均比纯光管管束要强，其中S=35mm的冷凝效果最好，壳侧的ho比光管管束平均提升了121％，是实验中的最优混合管束；S=20mm的b<,0>比光管管束平均提升了103％，S=50mm的B<,0>比光管管束平均提升了82％。 从实验结果中可以得到，钉头管-光管混合管束冷凝换热器的壳程具有传热效率高，能够对凝液的流动产生有效的扰动的特点。主要原因在于：一，钉头的错排方式能够有效的对凝液的流动产生扰流作用，使凝液的流动状态产生很大的变化，由原来的层流向变为涡流；二，钉头作为二次传热表面，提高了换热管束的传热面积；三，在该实验过程中，管程和壳程的流体完全逆流，增大了有效温差。为了得到更加普遍适用的结果，本文对实验数据进行了回归分析。首先对相变系统的凝液流动的微分方程和热平衡方程进行因次分析，找到对凝液流动的流速和温度分布具有主要影响的因素，然后通过最小二乘法进行回归，得到回归公式。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名称及符号表

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2蒸气冷凝过程概述

1.3蒸汽凝结的分类

1.4膜状凝结换热的理论和现状

1.4.1膜状凝结换热研究

1.4.2液膜的产生和传热理论

1.4.3液膜换热的影响因素

1.5珠状凝结的研究与发展

1.5.1珠状凝结液滴生成机理

1.5.2液滴的分布

1.5.3液滴的脱落

1.5.4珠状凝结换热系数的影响因素

1.6本论文的主要内容

1.7本章小结

第二章实验装置及系统

2.1换热实验装置及流程

2.1.1蒸汽系统

2.1.2冷却水系统

2.1.3测量系统

2.3实验装置的调试和实验方法

2.3.1实验装置的调试

2.3.2实验方法

2.4本章小结

第三章实验数据处理

3.1Wilson图解法的基本原理

3.2修正的Wilson图解法

3.3改进的换热系数分离方法

3.4定性温度和总传热量的确定

3.4.1总传热量Q的确定

3.4.2定性温度的确定

3.5本章小结

第四章实验结果分析

4.1光管管束的实验

4.2三种混合管束的实验及观察结果

4.3实验结果分析

4.4本章小结

第五章钉头管强化冷凝传热机理探究

5.1传热面积的增大

5.2上层凝液对下层管和钉头的冲刷产生涡流

5.3管束间距的影响

5.4本章小结

第六章准则方程的建立

6.1准数方程的建立

6.2准数方程的意义和讨论

6.3本章小结

结论和建议

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

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