螺旋纏繞波紋管換熱器管板強(qiáng)度分析及傳熱性能研究.pdf

1、螺旋纏繞波紋管換熱器是將波紋管這種高效換熱管應(yīng)用到普通纏繞管換熱器中，使得兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮。這種新型換熱設(shè)備除了強(qiáng)化傳熱特點(diǎn)以外，螺旋纏繞波紋管截面的周期性擴(kuò)張和收縮可以使管內(nèi)的污垢減少，同時(shí)單位體積的換熱管可以獲得更大的換熱面積，使得設(shè)備緊湊，節(jié)省空間等等。但是由于目前這種換熱器的應(yīng)用還很少，各方面研究還有待深入。本論文以螺旋纏繞波紋管換熱器為研究對(duì)象，對(duì)換熱器管板的強(qiáng)度和流體的換熱性能進(jìn)行以下方面的研究，主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:

2、
　　(1)利用有限元分析軟件ANSYS建立了包括螺旋纏繞管在內(nèi)的整體換熱器模型，對(duì)纏繞管換熱器管束的支撐作用進(jìn)行了數(shù)值分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)管束對(duì)管板的支撐作用可以忽略不計(jì)。為進(jìn)一步分析纏繞管的軸向剛度，本文還定義且擬合出了螺旋纏繞換熱管彈性模量等效系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。
　　(2)利用分析設(shè)計(jì)的方法對(duì)纏繞管換熱器管板的應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)管板最大應(yīng)力出現(xiàn)在管板邊緣的圓弧過渡段，而管板其他部位的應(yīng)力很小;在對(duì)管板進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)

3、的過程中發(fā)現(xiàn)中心部位的彎曲應(yīng)力隨著管板減薄而增大的趨勢(shì)比較明顯。
　　(3)運(yùn)用FLUENT軟件對(duì)螺旋纏繞波紋管和螺旋纏繞圓管管內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)及強(qiáng)化傳熱的特性進(jìn)行了研究比較，對(duì)比兩種換熱管內(nèi)部流體的流線云圖、管壁面換熱量云圖、管橫截面的溫度云圖、管橫截面的湍流強(qiáng)度云圖及管壁平均努賽爾數(shù)發(fā)現(xiàn)，螺旋纏繞波紋管管內(nèi)流體的湍流強(qiáng)度更加劇烈，流體混合程度更加充分，傳熱效果優(yōu)于螺旋纏繞圓管。
　　(4)就螺旋纏繞波紋管的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)管內(nèi)

4、傳熱的影響進(jìn)行了單因素分析，結(jié)果表明:增大波紋管直徑d、減小纏繞半徑R、增大波高h(yuǎn)、減小波距P均有利于管內(nèi)流體的傳熱。并且通過正交試驗(yàn)的方法對(duì)螺旋纏繞波紋管的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，分析后得出直徑d對(duì)管內(nèi)傳熱影響最大，其次是波距P、波高h(yuǎn)和纏繞半徑R，纏繞螺距S對(duì)管內(nèi)傳熱影響最小，基本可以忽略不計(jì)，并且得到了模擬范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)組合。另外還擬合了螺旋纏繞波紋管管內(nèi)流體傳熱努賽爾數(shù)的關(guān)聯(lián)式。
　　(5)對(duì)螺旋纏繞波紋管換熱器殼程流