周向重叠三分螺旋折流板换热器性能的研究

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1、Studyontheperformanceofheat-●·●●^J●lexchangerswithcircumterentialoverlaptrisectionhelicalbaffleheatexchangersAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYSHENGYanjunSupervisorProf．CHENYapingEnvironmentalScienceandEn

2、gineeringDepartmentSoutheastUniversityDecember2011东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、

3、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。日期：型型If摘要周向重叠三分螺旋折流板换热器的性能研究硕士研究生：盛艳军导师：陈亚平周向重叠三分螺旋折流板换热器是在1／4螺旋折流板换热器基础上提出的改进方案，同时具有防短路和适合于正三角形排列布管的优点。本文采用试验研

4、究和数值模拟的方法研究了不同倾斜角对周向重叠三分螺旋折流板换热器壳侧传热及压降性能的影响。本文建立了周向重叠三分螺旋折流板换热器壳侧流动和传热的数学模型，并利用CFD进行数值模拟研究，分析了螺旋折流板构件对壳程流体流动和传热性能的影响。除了采用纵向切面和横切面外，本文还通过围绕换热器中心线的管束间隙处用四层同心六边形纵向展开切面，以及换热器中部一组平行于其中一块折流板的斜切面展示流场等细节。模拟结果表明，壳侧整体流线分布呈现近似螺旋流动，在螺旋折流板通道内几乎没有流动死区。文中对倾斜角200周向

5、重叠三分螺旋折流板换热器壳侧流体的流动、压降和传热规律进行了重点分析，模拟结果较直观地显示了壳侧流场、压力场和温度场等分布，较好地反映了换热器壳侧换热系数和壳侧压降的变化趋势，有助于加深对螺旋折流板强化壳侧换热的机理的理解，较清楚地揭示了在周向重叠的相邻折流板连接处“V”型缺口处依然存在着“逆向泄漏”现象。但总体上周向重叠三分螺旋折流板方案在相邻折流板重叠处的一排管子起到了有利于抑制逆向漏流的阻尼作用。另外，通过在横截面上将速度矢量与压力场云图重叠显示，比较清楚地显示了在螺旋折流板通道内离心力引

6、起的离心流和径向压差引起的向心流所形成的“二次流”漩涡，这种二次流有揉面团作用，不仅增强了对换热管的冲刷效果，而且增强了中心区和外围，主流区和靠近壁面流体的掺混，有利于换热器的强化传热。采用公用的换热器壳体和可更换管j芑：的结构，分别对倾斜角为200、24。、280、32。的单头螺旋折流板、320双头螺旋折流板和弓形折流板换热器进行了性能试验研究，从总传热系数、壳侧换热系数、壳程阻力随壳侧流量的变化，壳侧换热系数对应壳程阻力的综合性能等方面考察了倾斜角对周向重叠三分螺旋折流板换热器的壳侧传热及压

7、降性能的影响。试验验证了三分螺旋折流板换热器比弓形折流板换热器具有较好的强化传热效果；且在试验范围内倾斜角200方案的性能指标最高，其平均壳侧换热系数和压降与弓形折流板方案的数值之比分别为1．12倍和0．49倍；其中倾斜角均为320的两个三分螺旋折流板换热器方案相比，双头螺旋方案的换热系数和压降都大于单头螺旋方案。本文还将数值模拟结果与试验数据进行对比，两者吻合性较好。关键词：周向重叠；三分螺旋折流板换热器；倾斜角：性能试验；数值模拟ABSTRACTStudyonperformanceofhea

8、texchangerswithcircumferentialoverla[trisectionhelicalbacircumlerentialoverlaotrisectionIielicalamesIIleSShengYanjunSupervisor：CHENYapingThecircumferentialoverlaptrisectionhelicalbaffleheatexchangerisamodificationschemebasedontheschemeofquadranthelic