緊湊繞管式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

學(xué) 號(hào)：2013444226,緊湊繞管式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì),答辯人：侯東萍,導(dǎo) 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(diǎn),缺點(diǎn),結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積換熱面積大。100-170 m2 / m3,同時(shí)處理多股流體換熱,冷熱端溫差小，傳熱效率高,自行補(bǔ)償熱膨脹效應(yīng),傳熱計(jì)算復(fù)雜,流動(dòng)阻力大,殼程流體分布均勻性差,對(duì)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(duì)換熱的影響。李健偉等利用ANSYS對(duì)實(shí)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(yīng)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(xué)習(xí)前人對(duì)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(duì)換熱器模型的構(gòu)建、結(jié)構(gòu)的研究以及對(duì)換熱器的傳熱效率的提高。但是繞管式換熱器的熱力計(jì)算非常復(fù)雜，尤其是牽扯到兩相流問題的設(shè)計(jì)。而我國對(duì)換熱器熱力計(jì)算優(yōu)化計(jì)算的研究還很少，因此對(duì)熱力計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化對(duì)我國繞管式換熱器的發(fā)展有著很大的促進(jìn)作用，故本設(shè)計(jì)以優(yōu)化熱力計(jì)算為目標(biāo)。,3研究方法及過程,熱 力 計(jì) 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(shè)計(jì)模型，它們是在兩股單相流的熱平衡的基礎(chǔ)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(yùn)用到它們中，和就是最常見的形式。,流的演化是對(duì)每股流在一維空間上存在著質(zhì)量、動(dòng)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(wù)書要求本設(shè)計(jì)管殼程介質(zhì)均為天然氣，且進(jìn)出口溫度始終高于天然氣的沸點(diǎn)-162.49 ，則本設(shè)計(jì)介質(zhì)為單相流傳熱問題，故本設(shè)計(jì)選用集總參數(shù)模型，運(yùn)用平均溫差法來進(jìn)行熱力計(jì)算。,3研究方法及過程,一般情況下，換熱器的熱力計(jì)算都比較復(fù)雜，公式繁多，需要處理大量的數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需要進(jìn)行大量的計(jì)算，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡化計(jì)算，本文采用了Excel表格來輔助計(jì)算，處理數(shù)據(jù)。Excel表格可建立函數(shù)關(guān)系式把各參數(shù)聯(lián)系起來，從而達(dá)到優(yōu)化計(jì)算的效果,3研究方法及過程,計(jì)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(shè)計(jì)參考Linde 公司提供的繞管式換熱器的工藝數(shù)據(jù)與本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,4研究結(jié)論與展望,管殼側(cè)壓降都與原設(shè)計(jì)值相比偏小，這可能是因?yàn)橛?jì)算壓降時(shí), 僅計(jì)算管側(cè)在管內(nèi)的壓降, 殼側(cè)僅計(jì)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(jì)算偏小。通過以上對(duì)比得出，換熱器的各設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法符合設(shè)計(jì)要求，且能達(dá)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)算出相關(guān)物性參數(shù)，這將大大有利于繞管式換熱器的設(shè)計(jì)。,致謝,匆匆忙忙終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這里不得不感謝我的良師益友田野老師，對(duì)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(shè)計(jì)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(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成起著至關(guān)重要的作用。從青澀到成熟，重慶科技學(xué)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(xué)院對(duì)我的培養(yǎng)，讓農(nóng)村來的我見識(shí)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(dǎo)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(shí)和技能讓我能夠獨(dú)立走向社會(huì)，也是各位老師四年來的教導(dǎo)才使我有能力寫這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)，謝謝您！,