緊湊繞管式換熱器的優(yōu)化設計

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學 號：2013444226,緊湊繞管式換熱器的優(yōu)化設計,,,答辯人：侯東萍,導 師：田野,,目錄,3、研究方法及過程,1、研究背景,2、研究目的及意義,4、研究結(jié)論與展望,,,1研究背景,繞管式換熱器： 在芯筒與外筒之間的空間內(nèi)將傳熱管按螺旋線形狀交替纏繞而成，相鄰兩層螺旋狀傳熱管的螺旋方向相反，并采用一定形狀的定距件使之保持一定的間距。,,,1研究背景,,繞管式換熱器,優(yōu)點,缺點,,結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積換熱面積大。100-170 m2 / m3,同時處理多股流體換熱,,,,冷熱端溫差小，傳熱效率高,自行補償熱膨脹效應,,傳熱計算復雜,,流動阻力大,,殼程流體分布均勻性差,,對介質(zhì)清潔度高,,制造成本高，難度大,1研究背景,,國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀,賈金才用數(shù)值模擬方法研究了繞管式換熱器殼程幾何結(jié)構(gòu)對換熱的影響。 李健偉等利用ANSYS對實際繞管式換熱器建立了管板結(jié)構(gòu)分析有限元模型。 尹接喜等提出了并管傳熱模型,國外發(fā)展現(xiàn)狀,在國外, 1898年德國林德公司首次開發(fā)了繞管式換熱器。目前纏繞管式換熱器廣泛應用于大型空氣分離裝置的過冷器及液化器(液體氧、液體氨裝置),林德公司在合成氨甲醇洗系統(tǒng)中推出了纏繞管換熱器系列。,1研究背景,2研究目的及意義,學習前人對繞管式換熱器的研究可以發(fā)現(xiàn)，前人的研究主要側(cè)重于對換熱器模型的構(gòu)建、結(jié)構(gòu)的研究以及對換熱器的傳熱效率的提高。 但是繞管式換熱器的熱力計算非常復雜，尤其是牽扯到兩相流問題的設計。而我國對換熱器熱力計算優(yōu)化計算的研究還很少，因此對熱力計算進行優(yōu)化對我國繞管式換熱器的發(fā)展有著很大的促進作用，故本設計以優(yōu)化熱力計算為目標。,3研究方法及過程,,熱 力 計 算 模 型,集總參數(shù)模型：,分布參數(shù)模型：,流 的 演 化：,這類模型是最典型的熱交換器的設計模型，它們是在兩股單相流的熱平衡的基礎上建立起來的。,這類模型是將換熱器分成不同規(guī)格單元，并將集合參數(shù)模型運用到它們中，和就是最常見的形式。,流的演化是對每股流在一維空間上存在著質(zhì)量、動量、能量平衡的穩(wěn)態(tài)模型，這類模型通常被植入到專用軟件中,3研究方法及過程,集總參數(shù)模型,3研究方法及過程,由于任務書要求本設計管殼程介質(zhì)均為天然氣，且進出口溫度始終高于天然氣的沸點-162.49 ℃，則本設計介質(zhì)為單相流傳熱問題，故本設計選用集總參數(shù)模型，運用平均溫差法來進行熱力計算。,3研究方法及過程,一般情況下，換熱器的熱力計算都比較復雜，公式繁多，需要處理大量的數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)設計也需要進行大量的計算，為優(yōu)化設計，簡化計算，本文采用了Excel表格來輔助計算，處理數(shù)據(jù)。 Excel表格可建立函數(shù)關系式把各參數(shù)聯(lián)系起來，從而達到優(yōu)化計算的效果,,3研究方法及過程,計算流程：,4研究結(jié)論與展望,總傳熱系數(shù)和壓降是衡量換熱器優(yōu)劣的重要參數(shù)。本設計參考Linde 公司提供的繞管式換熱器的工藝數(shù)據(jù)與本設計的關鍵參數(shù)進行對比分析,4研究結(jié)論與展望,管殼側(cè)壓降都與原設計值相比偏小，這可能是因為計算壓降時, 僅計算管側(cè)在管內(nèi)的壓降, 殼側(cè)僅計算管束有效高度的壓降, 未考慮封頭管板等局部阻力, 因此造成壓降計算偏小。 通過以上對比得出，換熱器的各設計參數(shù)都保持在比較理想的范圍內(nèi)，基本能符合生產(chǎn)需求。這表明本設計的設計方法符合設計要求，且能達到優(yōu)化效果，為緊湊繞管式熱交換器的的研究提供了一種參考。,4研究結(jié)論與展望,在設計過程中存在著不小的困難，參考資料的查找比較困難，尤其是介質(zhì)物性參數(shù)的查找，這也說明本設計存在著很大的研究空間，比如可以把物性參數(shù)表融入到Excel表格中，使輸入已知的介質(zhì)參數(shù)便能利用表格計算出相關物性參數(shù)，這將大大有利于繞管式換熱器的設計。,致謝,匆匆忙忙終于完成了畢業(yè)設計，在這里不得不感謝我的良師益友田野老師，對于沒寫過科技論文的我來說，寫論文的第一感覺就是迷茫，是田老師給我指明了畢業(yè)設計的大方向，并在寫作方法和寫作技巧上給了我很多非常有用的建議，這對我畢業(yè)設計的完成起著至關重要的作用。 從青澀到成熟，重慶科技學院承載了我的最后的青春，說這里是我第二家鄉(xiāng)也毫不為過，由衷感謝重慶科技學院對我的培養(yǎng)，讓農(nóng)村來的我見識了豐富多彩的世界，讓我的未來多了更多可能。 這里的一切都是這么美好，特別是優(yōu)秀的老師們，特別感謝教過我的每一位老師，還有輔導員李莎老師，是各位老師讓我成長到足以自立，是各位老師教我的知識和技能讓我能夠獨立走向社會，也是各位老師四年來的教導才使我有能力寫這篇畢業(yè)設計，謝謝您！,