【摘要】：

　　大小孔折流板換熱器是一種新型殼程導流結構管殼式換熱器,該換熱器殼程采用大小孔折流板結構形式,使傳統弓形折流板的橫向流變為具有周期性“收縮、噴射”的縱向環隙貼壁射流,從而顯著減小了管束流體誘導振動,有效降低了殼程壓力降,提高了換熱器的綜合換熱性能。本文對大小孔折流板換熱器進行系統研究,主要內容以及創新成果如下：

　　(1)研究了一種新型大小孔折流板結構,該折流板是在整圓形折流板上按一定規律排布大孔和小孔,小孔與普通弓形折流板一樣用來支撐管束,大孔是使殼程流體流過管子與大孔之間的間隙,沿著管壁形成環隙貼壁射流。相鄰兩個大小孔折流板的大小孔排列正好相反,這樣可以有效地支撐管束。

　　(2)提出了環隙貼壁射流的概念,環隙貼壁射流是流體流過環形縫隙并貼管壁流動的壁面射流。本論文通過數值方法研究了單股環隙貼壁射流和雙股環隙貼壁射流的速度分布規律、*大速度衰減規律、半擴展寬度變化規律、表面傳熱系數和表面摩擦系數沿管子軸向的變化規律等,并揭示了孔隙寬度和孔間距等參數對環隙貼壁射流的流動和傳熱的影響。

　　(3)實驗研究了正方形排列和三角形排列不同大孔直徑大小孔折流板換熱器的流動和傳熱規律。實驗發現,采用大小孔折流板換熱器可以顯著地降低管殼式換熱器的殼程壓降,降低幅度可達50%：實驗也發現,若與弓形折流板換熱器具有相同管子排列方式和板間距情況下,大小孔折流板換熱器的殼程傳熱系數有所下降。

　　(4)建立了經過實驗驗證的大小孔折流板換熱器數值分析模型,利用數值模擬方法研究了大小孔折流板換熱器的流動和傳熱規律,揭示了大孔直徑、板間距等參數對換熱器殼程壓降和殼程傳熱系數的影響。結果表明,流體流經大小孔折流板孔隙時,其局部傳熱系數和局部摩擦系數都會突然增大,然后緩慢降低。大小孔折流板換熱器的殼程壓降和殼程傳熱系數隨著大孔直徑和板間距的減小而升高。如果選擇合適的大孔直徑和板間距,大小孔折流板換熱器具有較高的殼程傳熱系數和較低的殼程壓降。

　　(5)根據數值模擬結果擬合出了大小孔折流板換熱器殼程壓降和殼程傳熱系數的關聯式,為其工業設計提供依據。

　　(6)通過建立有限元流固耦合模型,分析了大小孔折流板換熱器在流體過程中產生的誘導振動。與普通的弓形折流板換熱器進行比較發現,本論文提出的大小孔折流板換熱可以有效地降低換熱器的誘導振動。

　　(7)通過對大小孔折流板與圓弧切線波紋管復合結構換熱器的強化傳熱實驗研究發現,與普通弓形折流板換熱器相比,圓弧切線波紋管與大小孔折流板復合結構換熱器能有效降低其殼程壓降;其綜合性能要遠高于普通弓形折流板換熱器。

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