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LNG5设备中板翅式换热器流动与传热数值模拟研究

作　者: 曲乐
导　师: 贾林祥
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 低温传热混合工质相变换热板翅式换热器数值模拟
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

板翅式换热器的传热与流动阻力性能主要决定于翅片的表面特性,因此翅片的表面特性数据是准确设计板翅式换热器的基础。具有相变换热的混合工质低温热交换器,较之一般情况下的热交换器,工作过程比较复杂,热物性不仅变化剧烈,而且难于准确确定,沸腾和凝结的实验工作实现起来也比较困难,从这一点来说,数值模拟就具有较大的优势。板翅式换热器的芯体结构复杂,不仅需要合理的几何简化模型和计算模型,而且还需要足够的计算机硬件条件和计算时间。换热器整体数值模拟几乎是不可能的。本文首先以两种常见的翅片表面(锯齿翅片、打孔翅片)为研究对象,采用FLEUNT软件模拟和分析不同结构参数、Re数对翅片表面传热与流动阻力的影响。得出不同结构参数和Re数下两种翅片的表面性能曲线,分别分析了锯齿翅片的翅片高度、翅片间距、翅片厚度和切开长度以及打孔翅片开孔率对翅片表面流动与传热性能影响,并分析比较两种翅片性能。本文采用由SRK方程计算得出的混合工质物性参数,将具有相变两相流体物性分三部分处理,得出混合工质分段物性数据拟合曲线,并输入FLUENT软件的材料物性数据文件中,作为数值模拟物性参数数据。在上述物性数据处理的基础上,对混合工质天然气液化装置LNG5中换热器H304采用分段方式进行稳态数值模拟研究,得到沿长度方向一定温度下传热系数、压力梯度的变化曲线。与MUSE软件数据比较,计算结果有一定合理性。所得结论可为有相变换热的混合工质低温板翅式换热器的设计和优化提供一定参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 板翅式换热器研究现状及发展  11-16
    1.2.1 板翅式换热器研究现状  11-12
    1.2.2 低温板翅式换热器研究方向与发展动态  12-16
  1.3 CFD 数值模拟技术在换热器研究方面的应用  16-17
  1.4 本文主要研究内容  17-18
第2章控制方程与CFD 数值模拟  18-29
  2.1 流动与传热控制方程  18-22
    2.1.1 流动与传热控制方程  18-19
    2.1.2 湍流模型  19-22
  2.2 CFD 数值模拟求解过程  22-25
    2.2.1 总体计算流程  22-23
    2.2.2 CFD 求解步骤  23-25
  2.3 FLUENT 软件应用  25-28
    2.3.1 FLUENT 概述  25-27
    2.3.2 FLUENT 求解步骤  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章锯齿与打孔翅片表面性能数值模拟研究  29-46
  3.1 引言  29
  3.2 锯齿翅片表面性能数值模拟  29-38
    3.2.1 锯齿翅片模型建立  29-32
    3.2.2 网格划分、边界条件与计算求解  32-33
    3.2.3 锯齿翅片表面性能分析  33-38
  3.3 打孔翅片表面性能数值模拟  38-41
    3.3.1 打孔翅片模型建立  38
    3.3.2 网格划分、边界条件与计算求解  38-39
    3.3.3 打孔翅片表面性能分析  39-41
  3.4 两种翅片表面性能比较及计算结果验证  41-45
    3.4.1 两种翅片表面性能比较  41-42
    3.4.2 数值计算结果验证与误差分析  42-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 LNG5 中板翅式换热器数值模拟  46-68
  4.1 引言  46
  4.2 换热器模型建立  46-48
    4.2.1 板翅式换热器模型分析  46-47
    4.2.2 建立模型  47-48
  4.3 网格划分  48
  4.4 物性计算、边界条件与计算求解  48-57
    4.4.1 低温混合物两相流物性计算  48-56
    4.4.2 边界条件与计算求解  56-57
  4.5 计算结果分析与验证  57-67
    4.5.1 计算结果分析  57-62
    4.5.2 数值计算结果验证与误差分析  62-67
  4.6 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-73
致谢  73-75

LNG5设备中板翅式换热器流动与传热数值模拟研究

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