小通道套管换热器内流体流动与传热性能研究

摘要

套管换热器作为一种传热性能优良的换热设备，在化工、能源、制冷等领域具有广泛应用，再加上换热器材料价格的上涨，使得紧凑高效的换热器的开发和研究成为当下热点。因此，本文提出一种4mm小通道套管换热器，采用数值模拟和试验研究相结合的方法对该换热器内流体流动和传热性能进行了分析，并对小通道的分布进行研究，再将其与现有同轴套管换热器进行试验对比，具体研究内容包括:
　　以现有的同轴式套管换热器性能为指标，外管径为20mm前提下，分别对小通道管径为4mm、5mm的换热器进行数值模拟研究，并根据数值模拟的结果详细分析换热器采用小通道的换热管后其内部流体流动和传热特性的变化。数值模拟结果表明:换热器的小通道管径由5mm减小到4mm后，虽然换热管增加了3.66％的铜材，且压力损失也随之增加，但换热器的换热面积增加了6.63％，同时换热管内的换热系数和换热量也得到了增加，可以提高换热器的换热性能。
　　换热器采用4mm管径的小通道后，本文研究了小通道不同的分布方式对换热器性能的影响。分别研究小通道的间距S为5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm时同一个截面上的温度分布，还有其换热系数和压力损失，得出最佳的小通道分布方式间距为6.5mm，在该间距下，换热器的换热性能最好。
　　同时设计搭建了4mm小通道套管换热器试验平台，以水为换热介质，对换热器内流体流动和换热性能进行研究，记录换热器在不同工况下换热量和管内阻力损失，将结果和数值模拟结果对比，验证数值模拟分析的正确可信。
　　最后将小通道套管换热器与同轴套管换热器进行试验对比，分析对比小通道套管换热器与同轴套管换热器的换热性能。验证了小通道套管换热器的研究和应用是有意义的，且为以后的深入研究提供了方向。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 换热器介绍

1．3 套管式换热器

1．3．1 套管式换热器介绍

1．3．2 国内外研究现状

1．4 小通道换热器研究现状

1．5 本文主要的研究内容和技术路线

1．6 本章小结

第二章 换热器内流体流动与传热计算模型的建立

2．1 物理模型

2．2 网格的划分

2．2．1 网格的划分

2．2．2 控制方程

2．2．3 湍流模型

2．2．4 边界条件

2．3 网格尺寸独立性分析

2．4 本章小结

第三章 小通道套管换热器内流体流动与传热性能研究

3．1 引言

3．2 小通道换热器内流体流动和传热的对比分析

3．3 采用4mm管径后换热器内小通道不同排布的分析

3．5 本章小结

第四章 小通道套管换热器传热与流动试验研究

4．1 试验原理及装置

4．2 试验方法

4．3 试验数据分析

4．3．1 数据计算

4．3．2 试验误差分析

4．3．3 试验结果分析

4．4 小通道套管换热器与同轴套管换热器的试验对比分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢