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反应釜螺旋弓形管夹套流动与传热特性研究

反应釜螺旋弓形管夹套流动与传热特性研究

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作者：王铝浙江理工大学

学位级别：硕士

反应釜作为一种盛放过程反应的容器,在化工、石油、医药等领域有着广泛的应用,螺旋半管夹套换热装置通常焊接在反应釜外表面,加工工艺较为简单,具有传热效率高、增强釜体受力等优点。为深入研究夹套的流动与换热性能,通过提高换热效率... 详细信息

反应釜作为一种盛放过程反应的容器,在化工、石油、医药等领域有着广泛的应用,螺旋半管夹套换热装置通常焊接在反应釜外表面,加工工艺较为简单,具有传热效率高、增强釜体受力等优点。为深入研究夹套的流动与换热性能,通过提高换热效率来改善反应釜中的过程反应,本文通过数值模拟的方法对夹套的结构轮廓进行优化分析,利用PEC和JF综合评价因子综合性能评价,将优化后的半管夹套内加入三种涡发生器,与未加入涡发生器的半管夹套进行对比分析,并将最优的涡发生器通过正交实验进行了结构优化,最后针对最优的半管夹套,通过改变其螺距参数形成搭接和非搭接两种,研究了搭接对夹套换热的影响,研究结果可为实际工程的应用有指导意义。主要结论如下:(1)对流换热分析发现通过控制半管壁面长度,改变半管夹套圆心角,发现不同圆心角下的半管夹套换热强度也不同,通过PEC和JF评价因子分析夹套综合传热性能表明140°圆心角所对的弓形截面夹套的性能在不同雷诺数下均优于半圆管夹套。(2)Nu/Nu结果表明安装三种涡发生器使夹套的换热性能均得到了不同程度提高。其中DWP涡发生器提高的换热效果最好,SWP型略低居中,而RWP型最差,而f/f的值说明了夹套的流动阻力增幅值大于换热提高的增幅值。PEC和JF评价表明安装SWP和DWP涡发生器下螺旋夹套具有更好的工业应用性,对DWP型涡发生器的结构参数通过正交试验设计进行了优化,利用综合平衡分析法给出了最优结构参数为L=0.25D、S=0.25D、h=0.05D、β=120°。(3)流动与换热分析发现τ接近2.0时螺旋夹套强化传热效果最好,阻力最高;实际工程应用中弓形夹套之间螺距和搭接范围均不能过大;无量纲螺距τ值靠近2时能够减小纵向涡所受影响,大范围的搭接会使换热受到影响;螺距和搭接对螺旋夹套的换热影响主要还是处于横截面边角部位。综合评价分析表明τ值在接近2时具有更好的工业应用性。

关键词：半管夹套综合评价圆心角涡发生器螺距搭接

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