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中温热管空气换热器的模拟优化研究

晨怡热管 冯晓强 2009-9-16 12:17:06

【摘要】: 工业生产中余热的利用一直是各同行者争相研究的重要的节能课题之一,而余热的利用又常常和换热器联系在一起,因此余热利用的节能技术研究实质就是换热器的研究。 中温热管空气换热器是由中温热管和常温热管所组成的组合式热管空气换热器。作为热管换热器的一种,它不仅具有普通热管换热器的诸多优点,而且由于其结构的独特性还具有许多其他的优点,可用于诸如中温余热回收、产中温洁净气体等特殊场合,具有良好的应用前景。但就目前而言,中温热管空气换热器尚处于试用阶段,有很多地方尚未完善,有待解决。本论文主要完成中温热管空气换热器模拟计算和优化设计的研究。 在参阅相关文献的基础上,结合一定的理论分析,提出了一种采用离散型计算模型,运用有效度——传热单元数(ε-NTU)法,通过多次迭代对高温热管换热器内温度场和流场分布进行模拟计算的方法。 论文在提出了两种适用于中温热管空气换热器的设计方法的基础上,建立了中温热管空气换热器的优化设计模型,然后通过对设计变量之间的相互关系以及它们对传热和压力降的影响程度的理论分析,缩小模型求解过程的搜索区间,最后采用穷举法求解该模型。 概而言之,本课题所做的工作为中温热管空气换热器建立了一套较为完善的设计计算程序,改进了中温热管空气换热器的设计,提高了中温热管空气换热器的经济性,为中温热管空气换热器的推广应用奠定了一定的理论基础,同时也为今后从事中温热管空气换热器设计的工程人员提供了方便。此外,对中温热管空气换热器内冷、热侧温度场和流场分布的模拟计算的实现,为今后中温热管空气换热器的在线检测、故障分析和变工况分析提供了一定的理论依据。

第1章 绪论7-10

  • 1.1 热管的起源7
  • 1.2 热管换热器的发展7
  • 1.3 中温热管空气换热器的现状及应用7-9
  • 1.4 本文研究的目的和意义9-10
  • 第2章 中温热管空气换热器10-32
  • 2.1 热管10-16
  • 2.1.1 热管的结构和工作原理10-11
  • 2.1.2 热管的基本特性11-12
  • 2.1.3 热管的相容性和寿命12-13
  • 2.1.4 热管的传热极限13-16
  • 2.2 中温热管空气换热器16-32
  • 2.2.1 热管空气换热器的类型与结构16-17
  • 2.2.2 热管空气换热器的特性17-18
  • 2.2.3 中温热管空气换热器的传热模型18-20
  • 2.2.4 中温热管空气换热器的设计计算20-29
  • 2.2.5 中温热管空气换热器的优化设计29-32
  • 第3章 模拟设计和优化设计32-65
  • 3.1 模拟设计32-44
  • 3.1.1 概述32
  • 3.1.2 模拟设计的数字模型32-36
  • 3.1.3 模拟计算的程序简介36-39
  • 3.1.4 示例分析39-44
  • 3.2 优化设计44-65
  • 3.2.1 概述44
  • 3.2.2 优化设计的数字模型44-46
  • 3.2.3 优化设计模型的求解46-60
  • 3.2.4 优化设计举例60-64
  • 3.2.5 小结64-65
  • 第4章 结论及继续研究的问题65-66
  • 4.1 结论65
  • 4.2 继续研究的问题65-66
  • 参考文献66-69
  • 作者在读期间发表的论文69-70
  • 致谢70
  • 第 1 章  绪论

    1.1 热管的起源
    1.2 热管换热器的发展
    1.3 中温热管空气换热器的现状及应用
    1.4 本文研究的目的和意义

    第 2 章 中温热管空气换热器

    2.1 热管
    2.1.1 热管的结构和工作原理
    2.1.2 热管的基本特性
    2.1.3 热管的相容性和寿命
    2.1.4 热管的传热极限
    2.1.4.1 连续流动极限
    2.1.4.2 冷冻启动极限
    2.1.4.3 粘性极限
    2.1.4.4 声速极限
    2.1.4.5 携带极限
    2.1.4.6 毛细极限
    2.1.4.7 冷凝极限
    2.1.4.8 沸腾极限
    2.1.4.9 干涸极限
    2.1.4.10 两相闭式重力热虹吸管的传热极限
    2.2 中温热管空气换热器
    2.2.1 中温热管空气换热器的类型与结构
    2.2.1.1 整体式热管空气换热器
    2.2.1.2 分离式热管空气换热器
    2.2.2 热管空气换热器的特性
    2.2.3 中温热管空气换热器的传热模型
    2.2.4 中温热管空气换热器的设计计算
    2.2.4.1 等效间壁式计算模型
    2.2.4.2 离散型计算模型
    2.2.5 中温热管空气换热器的优化设计

    第 3 章 中温热管空气换热器的模拟设计和优化设计
    3.1 模拟设计
    3.1.1 概述
    3.1.2 模拟设计的数字模型
    3.1.2.1 设热管的传热能力为无限大
    3.1.2.2 考虑热管本身的一些特性
    3.1.3 模拟计算的程序简介
    3.1.3.1 原始参数输入
    3.1.3.2 热力计算
    3.1.3.3 结果输出
    3.1.4 示例分析
    3.1.4.1 工况 1 模拟计算
    3.1.4.2 工况 2 模拟计算
    3.2 优化设计
    3.2.1 概述
    3.2.2 优化设计的数字模型
    3.2.2.1 独立变量的选取
    3.2.2.2 参变量的选取
    3.2.2.3 约束条件
    3.2.3 优化设计模型的求解
    3.2.3.1 管外径的选择
    3.2.3.2 翅片参数的选择
    3.2.3.3 热管冷、热两侧长度的选择
    3.2.3.4 管子排列方式的选择
    3.2.3.5 管间距的选择
    3.2.3.6 横向管排数的确定
    3.2.4 优化设计算示例
    3.2.5 小结

    第 4 章 结论及继续研究的问题

    4.1 结论
    4.2 继续研究的问题

    参考文献

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