原文传递
极地运输船海水系统管壳式换热器壳程两相流动换热特性研究
| 论文题名： | 极地运输船海水系统管壳式换热器壳程两相流动换热特性研究 |
| 关键词： | 极地运输船;海水系统;管壳式换热器;壳程两相流动;换热特性 |
| 摘要： | 换热器是冷热流体进行热量交换的设备，换热器综合性能的优劣对其正常运行有至关重要的影响。为保障极地运输船在北极地区的安全航行1，利用CFD数值仿真软件FLUENT对某极地运输船海水系统中充当滑油冷却器的管壳式换热器进行数值仿真分析，对换热器的结构参数进行优化并对其进行了不同初始条件下的流动换热特性分析，本文的主要研究内容及结论如下： 1）由于本文研究对象涉及到了海水-冰晶两相流体的流动换热过程，本文将流体介质看作是不可压缩流体，并基于双流体概念将弥散相和连续相一样看作是连续介质，采用欧拉-欧拉两相流模型作为换热器的数值理论模型。 2）本文通过对管壳式换热器模型结构的分析，鉴于其结构的复杂性，在不影响数值计算结果的前提下，对换热器模型进行了适当简化，利用建模软件建立了几何模型并进行网格划分和网格独立性验证。 3）对换热器模型的管束排列方式进行了比较分析，经数值分析可知，正三角形的换热管束排列方式更适用于本文研究对象，并验证了数值模型的准确性。 4）折流板的板间距（数目）和缺口高度对换热器的性能参数影响重大，通过对不同折流板参数下换热器的速度场、温度场、压力场的分析，采用结合换热系数与流动阻力损失的热性能分析法（h0/Δp）进行换热器的优化，当折流板结构参数：数目为4块、缺口高度为0.4D时综合性能指标参数较高，具有较为优越的换热效率。 5）对换热设备进行基于换热器壳程内不同海水-冰晶两相流体流速V和含冰率IPF（Ice Packing Factor）条件下的数值模拟，为保证冰晶粒子不会在换热设备的内部滞留堆积，影响正常运行，经分析可知： （1）当流体介质在1.5m/s-2.5m/s的流速区间范围内流动时，流体流动过程中克服流阻所消耗的能量较少，换热设备能够正常运行且具备较优的换热效率； （2）2%-8%是含冰率IPF的最优区间，此时换热器内部不会因含冰率IPF过大而导致流阻过大，导致换热器的冰晶粒子的堆积，影响换热器的高效率正常运行乃至故障。 因而，在一定条件下，为保证换热器的正常运行，从而保障船舶的通航安全，将流速V和含冰率IPF的变化区间控制在一定的范围内的很有必要的。 |
| 作者： | 江焕宝 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 徐立 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
