遞級流換熱設備複雜結構流動減阻與傳熱強化機理研究

《遞級流換熱設備複雜結構流動減阻與傳熱強化機理研究》是依託鄭州大學，由王珂擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：遞級流換熱設備複雜結構流動減阻與傳熱強化機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王珂
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

能源與環境問題已成為當今世界可持續發展面臨的一個重要問題。特別是近年來國內大部分地區不斷出現的霧霾天氣，使人們對節能減排有了更高的要求。在過程工業中，提高過程裝備傳熱效能是節約能源和降低能耗的重要手段之一。本項目通過數值模擬和實驗研究的方法，對包括鏈孔式支撐板換熱器和斜柵式折流片換熱器在內的多種遞級流換熱設備的流動與傳熱特性進行研究，分析殼體幾何參數、殼程流體雷諾數、布管方式和管束支撐結構等因素對遞級流換熱設備的流體流動及換熱特性的影響，並結合理論分析闡明遞級流換熱設備流動減阻和傳熱強化的機理，擬合流動與換熱關聯式。採用熵產最小、場協同和火積耗散等理論，對遞級流換熱設備進行最佳化設計。基於不同工況，提出遞級流換熱設備最佳化選型新方法，提高區域系統換熱性能，以達到節能減排的目的。本項目旨在揭示遞級流換熱設備流動減阻與傳熱強化機理，為研發新型遞級流換熱設備提供理論依據。

結題摘要

在過程工業中，遞級流換熱器套用廣泛，提高其傳熱效能是節約能源和降低能耗的重要手段之一。本項目在遞級流換熱器整體模型的基礎上，對其進行合理簡化得到遞級流換熱器的周期性模型和周期性單元流道模型。對比分析了遞級流換熱器周期性模型和周期性單元流道模型的精度和適用範圍，並且採用兩種模型對四/三葉孔板換熱器殼程流體流動和傳熱特性進行了分析。基於周期性模型，對比了大孔板換熱器和四/三葉孔板換熱器的流動與換熱性能。相比四葉孔板換熱器和大孔板換熱器，三葉孔板換熱器具有較高的綜合性能。採用實驗方法研究了三葉孔板換熱器殼程的流體流動特性，驗證了數值模擬結果的準確性。分析了多種遞級流換熱設備的套用範圍。 研究了殼體幾何參數、殼程流體雷諾數、布管方式和管束支撐結構間距、布置方式以及支撐結構類型等因素對弓形折流板換熱器、螺旋折流板換熱器、折流桿換熱器、折流片換熱器、扇葉形折流板換熱器等多種遞級流換熱器殼程流體流動規律和傳熱性能的影響。殼程雷諾數在2200~6200範圍內時，桿式支撐和片式支撐換熱器的殼程傳熱係數、綜合性能均明顯小於弓形折流板和螺旋折流板換熱器。連續螺旋折流板換熱器傳熱性能、綜合性能均優於四分螺旋折流板換熱器。分析了殼程流體流動死區，闡明了流體流動減阻與傳熱強化機理。擬合了傳熱與阻力的關聯式，為遞級流換熱設備的設計、最佳化和套用提供參考。 通過對遞級流換熱器殼程流體流動減阻和傳熱強化機理的研究，提出了採用新型殼程結構的新型高效節能遞級流換熱設備。這些設備包括新型四分螺旋折流板換熱器、新型四分變角度螺旋折流板換熱器、扇葉型折流板換熱器、異形片式支撐換熱器等。對其殼程流體流動與換熱特性進行了相應的研究，最佳化了殼程傳熱性能。開發的新型遞級流換熱器均具有較高的流動與傳熱性能，能夠達到節能減排的目的。