大小孔折流板换热器综合性能研究

【摘要】大小孔折流板换热器是一种新型壳程导流结构管壳式换热器,该换热器壳程采用大小孔折流板结构形式,使传统弓形折流板的横向流变为具有周期性“收缩、喷射”的纵向环隙贴壁射流,从而显著减小了管束流体诱导振动,有效降低了壳程压力降,提高了换热器的综合换热性能。本文对大小孔折流板换热器进行系统研究,主要内容以及创新成果如下：(1)研究了一种新型大小孔折流板结构,该折流板是在整圆形折流板上按一定规律排布大孔和小孔,小孔与普通弓形折流板一样用来支撑管束,大孔是使壳程流体流过管子与大孔之间的间隙,沿着管壁形成环隙贴壁射流。相邻两个大小孔折流板的大小孔排列正好相反,这样可以有效地支撑管束。(2)提出了环隙贴壁射流的概念,环隙贴壁射流是流体流过环形缝隙并贴管壁流动的壁面射流。本论文通过数值方法研究了单股环隙贴壁射流和双股环隙贴壁射流的速度分布规律、最大速度衰减规律、半扩展宽度变化规律、表面传热系数和表面摩擦系数沿管子轴向的变化规律等,并揭示了孔隙宽度和孔间距等参数对环隙贴壁射流的流动和传热的影响。(3)实验研究了正方形排列和三角形排列不同大孔直径大小孔折流板换热器的流动和传热规律。实验发现,采用大小孔折流板换热器可以显著地降低管壳式换热器的壳程压降,降低幅度可达50%：实验也发现,若与弓形折流板换热器具有相同管子排列方式和板间距情况下,大小孔折流板换热器的壳程传热系数有所下降。(4)建立了经过实验验证的大小孔折流板换热器数值分析模型,利用数值模拟方法研究了大小孔折流板换热器的流动和传热规律,揭示了大孔直径、板间距等参数对换热器壳程压降和壳程传热系数的影响。结果表明,流体流经大小孔折流板孔隙时,其局部传热系数和局部摩擦系数都会突然增大,然后缓慢降低。大小孔折流板换热器的壳程压降和壳程传热系数随着大孔直径和板间距的减小而升高。如果选择合适的大孔直径和板间距,大小孔折流板换热器具有较高的壳程传热系数和较低的壳程压降。(5)根据数值模拟结果拟合出了大小孔折流板换热器壳程压降和壳程传热系数的关联式,为其工业设计提供依据。(6)通过建立有限元流固耦合模型,分析了大小孔折流板换热器在流体过程中产生的诱导振动。与普通的弓形折流板换热器进行比较发现,本论文提出的大小孔折流板换热可以有效地降低换热器的诱导振动。(7)通过对大小孔折流板与圆弧切线波纹管复合结构换热器的强化传热实验研究发现,与普通弓形折流板换热器相比,圆弧切线波纹管与大小孔折流板复合结构换热器能有效降低其壳程压降;其综合性能要远高于普通弓形折流板换热器。
【作者】孙海阳；
【导师】钱才富；
【作者基本信息】北京化工大学，化工过程机械，2012，博士
【关键词】管壳式换热器；大小孔折流板；环隙贴壁射流；强化传热；压力降；流体诱导振动；

【参考文献】
[1]郑志东.内置竖向型钢SRC中高剪力墙受力性能有限元分析[D].重庆大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.
[2]田野.基于无线网络的嵌入式视频监视系统的设计与实现[D].南京农业大学,农业电气化与自动化,2012,硕士.
[3]林明.卫星扩频测控应答机抗窄带干扰技术研究[D].国防科学技术大学,仪器科学与技术,2012,硕士.
[4]冯爱国.基于位置敏感的高精度距离测量及在引信中的应用研究[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2011,硕士.
[5]慕征.双鸭山市御景楼盘信函促销项目管理研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[6]王涛.中量级强冲击试验机运动过程力学特性研究[D].华中农业大学,农业电气化与自动化,2014,硕士.
[7]胡亚伟.中东呼吸综合征冠状病毒受体结合的分子机制研究[D].安徽大学,生物学,2014,硕士.
[8]矫柠鸿.铁路行业所有制模式与绩效改善问题研究[D].吉林大学,世界经济,2013,硕士.
[9]何贺.四方相SrRuO_3的磁性和电子结构以及结构稳定性的第一性原理研究[D].华东师范大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[10]王波.静电纺丝制备二氧化钛基复合纳米纤维及其光催化降解性能研究[D].郑州大学,2014.
[11]姜朝霞.基于专家系统的教师评价系统的研究与开发[D].天津大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[12]李笑笑.基于最小生成树的复杂网络社区检测与图像分割[D].西安电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[13]马社强.区域道路交通安全评价的理论与方法[D].北京交通大学,2012.
[14]隋晓波.城市轨道交通换乘站设施协调研究[D].北京交通大学,2008.
[15]王祥元.孪生诱发塑性钢微观力学行为演化和自洽模拟[D].东北大学,材料学,2011,硕士.
[16]郭献崇.基于协同进化的聚类问题的研究[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[17]龚涛.中国对外劳务输出行业现状与人员安全风险研究[D].上海外国语大学,国际政治,2013,硕士.
[18]张仕凯.D/M/D结构的ZnO基透明导电薄膜的制备及特性研究[D].吉林大学,物理电子学,2013,硕士.
[19]辛耀中,王永福,任雁铭.中国IEC61850研发及互操作试验情况综述[J].电力系统自动化,2007,12:1-6+72.
[20]田小琴.长株潭城市群生态空间演变及调控研究[D].湖南师范大学,人文地理学,2014,硕士.
[21]黄松.TA15钛合金激光焊接温度场的测量与焊缝特征研究[D].武汉理工大学,材料加工工程,2012,硕士.
[22]仝姚莉.纳米钻石的药物运输及其生物效应研究[D].太原科技大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[23]陆淳.论共同侵权行为[D].华东政法学院,民商法,2003,硕士.
[24]肖华明.QFⅡ在新兴市场的信息优势[D].复旦大学,企业管理,2012,硕士.
[25]王琦.中学生共情能力问卷编制及信效度研究[D].湖北大学,发展与教育心理学,2011,硕士.
[26]王芳,夏丽华.“数字城市”建设中的多元空间数据挖掘[J].广州大学学报(自然科学版),2004,02:126-129.
[27]龚雪.辉瑞公司核心竞争力分析及对宁夏启元制药公司的建议[D].宁夏大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[28]王胜华.西部城乡公共服务均等化与公共服务资金配置效率评价研究[D].云南财经大学,财政学,2014,硕士.
[29]田静.番茄抗逆相关基因ShZFP1的克隆与功能分析[D].华中农业大学,蔬菜学,2014,硕士.
[30]张童.武汉市中小学“阳光体育运动”的开展现状与对策研究[D].华中师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[31]艾小围.基于多普勒传感器的胎心电子检测系统灵敏度研究[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[32]许庆领.人文地理信息整合及可视化关键技术研究[D].辽宁工程技术大学,地图制图学与地理信息工程,2012,硕士.
[33]刘大庆.民间美术资源在小学美术教学中的应用研究[D].山东师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[34]迟金城,白景旭,梁万军,任晓光,尹泰龙.用“参数模型”编制吉林省天然大青杨二元立木材积表[J].吉林林业科技.1987(03)
[35]罗建国.军工集团公司绩效考评思路与指标探析[J].国防科技工业,2005,12:36-38.
[36]铁坤.民间借贷的立法研究[D].华东政法大学,民商法学,2012,硕士.
[37]袁峰,周涛发,范裕,黄贻梅,张乐骏.安徽繁昌盆地中生代火山岩锆石LA-ICPMSU-Pb年龄及其意义[J].岩石学报,2010,09:2805-2817.
[38]梁志刚.基于DSP的移相全桥DC/DC变换器相关问题研究[D].浙江大学,2006.
[39]刘叶.丙泊酚对肝癌细胞HepG2生物学行为的影响[D].广西医科大学,麻醉学（专业学位）,2013,硕士.
[40]温建昌■WenJianchang.探讨电气工程的质量控制[J].城市建筑,2014,02:142.
[41]郭永忠.胆红素对博莱霉素致大鼠肺纤维化的阻抑作用[D].山西医科大学,呼吸内科,2002,硕士.
[42]SolomonTadesseRobelie.Design Optimization of Reinforced Concrete Deck-Girder Highway Bridge[D].河海大学,StructuralEngineering,2003,硕士.
[43]翟丽丽.乳腺癌PARP1表达与PARP1基因启动子、3’非翻译区域多态性及患者化疗敏感性的相关性研究[D].天津医科大学,肿瘤学,2014,博士.
[44]叶文娟.LLDPE/膨胀阻燃剂/OLDHs纳米复合材料的制备及性能研究[D].安徽大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[45]牛强.两种不同微/纳米化处理方法对钛种植体表面材料学性能及早期骨结合影响的实验研究[D].河北医科大学,口腔临床医学,2014,硕士.
[46]孙健,申瑞民,戴欣.一种简单实用的网上学习行为信息收集方法[J].计算机仿真,2004,02:160-162.
[47]宋国兵,李德坤,靳东晖,冉孟兵,靳幸福,郭润生.利用行波电压分布特征的柔性直流输电线路单端故障定位[J].电力系统自动化,2013,15:83-88.
[48]赵杨.优势运动项目国家对异地优秀竞技人才的磁吸现象[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[49]柏斗胜.TNP-470联合丝裂霉素对小鼠原位移植性肝癌生长、术后复发和转移防治的实验研究[D].苏州大学,普通外科,2003,硕士.
[50]黄伟,王健,熊志才,刘罡,高书成.激光原位气体分析仪在高炉过程控制中的应用[J].冶金自动化,2006,02:33-36.