处理量4500kgh二硫化碳精馏系统—再沸器设计【过程装备与控制工程含1张CAD图】
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二硫化碳
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处理量4500kgh二硫化碳精馏系统—再沸器设计【过程装备与控制工程含1张CAD图】
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- 内容简介：
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充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸摘要本文主要介绍了釜式再沸器的三个部分，第一部分工艺计算部分，第二部分结构设计计算和第三部分的机械设计。其中我所设计工艺设计计算部分包括根据设计条件，查询介质的物性参数，算出热流量，平均温度差估算换热面积，计算换热管管数，确定釜式再沸器的大体尺寸。其次进行换热器核算，包括（1）热量核算，壳程对流传热系数管程对流传热系数总传热系数传热面积（2）换热器内流体的流动阻力管程流动阻力壳程流动阻力。机械设计部分包括确定换热器换热管的尺寸，壳体（大端，小端） ，封头，管箱管板，折流板，支持板，法兰，支座等其他零部件。关键词：换热管；再沸器；法兰；支座；封头充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸AbstractThis chapter mainly introduces the process calculation part, structural design calculation and mechanical design of the kettle reboiler. The design calculation part of my design includes querying the physical property parameters of the medium according to the design conditions, calculating the heat flux, estimating the heat exchange area by the average temperature difference, calculating the number of tubes, and estimating the approximate size of the reboiler. Second, heat exchanger accounting, including (1) thermal calculation, 1 shell convection heat transfer coefficient 2 tube convection heat transfer coefficient 3 total heat transfer coefficient 4 heat transfer area (2) heat exchanger fluid flow resistance 1 tube Cheng flow resistance 2 shell flow resistance. Mechanical design includes heat exchange tubes, shells, heads, tube boxes, tube sheets, support plates, flanges, bearings, etc.Key words: Heat exchange tube; Reboiler; Flange; Support; Head充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸目录摘要 .11.绪论 .51.1 换热器及传热研究的现状 .51.2 换热器的发展趋势 .11.2.2 研究紧凑式换热器 .11.2.3 强化传热管的研究 .12 材料的选择 .33 设计条件 .33.1 设计任务与设计条件 .33.2 设计压力的确定 .33.3 设计温度的确定 .34 再沸器基本参数的确定 .34.1 换热管基本参数 .34.1.3 壳体内管程壳体内径 .64.1.4 布管限定圆 .84.2 折流板与支持板 .94.2.1 折流板的形式与缺口 .94.2.2 折流板与支持板的尺寸 .94.3 拉杆的结构和数量 .94.4 接管 .104.5 传热系数的校核 .114.6 阻力校核 .145 结构设计和强度计算 .195.1 筒体 .195.1.1 大端壁厚 .19充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸5.1.2 锥壳壁厚 .205.2 封头的计算 .215.3 壳程计算 .235.4 壳程封头计算 .255.5 管箱法兰及垫片 .275.6 固定管板 .305.7 滑道及堰板 .385.8 浮头法兰及浮头盖 .395.8.1 浮头法兰 .395.8.2 浮头盖 .495.9 接管法兰 .515.9.1 管程接管法兰 .515.9 .2 壳程接管法兰 .535.9 .3 排液管接管法兰 .545.10 开孔补强 .555.10.1 管程接管开孔直径 .555.10.2 壳程接管开孔直径 .57参考文献 .61致谢 .63充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸1.绪论1.1 换热器及传热研究的现状换热器是一种工艺生产中普遍使用的换热设备，广泛应用在在炼油、化工、医药、冶金等诸多领域的行业中。因此，换热器的研究和改进受到人们极大重视，并且日益改善换热性能。尤其是自从七十年代初发生能源危机以来，各个国家都在纷纷寻找新能源代替传统能源及节约能源的途径，而换热器是节约能源和充分利用能源的有效设备。1.1.2 研究工作的动向根据资料显示截至目前世界上每年发表有关传热改善及换热设备方面的文献大约在六千篇以上并且还在不断增长。同时新能源开发和利用的文章也日趋增多，人们研究出许多有利于生产应用的新能源。研究的重点方向是传热机理、强化传热改善、模拟及在线测试技术，将计算机应用在换热设备上不仅提高劳动效率而且将生产向智能化发展，同时换热设备的振动、污垢以及与能源利用和环境保护有关的新型高效换热器。加大对传热基础理论的研究探讨，使得换热设备的改善更快，更直接。目前最新的一种研究动向是：从数学模型和物理模型出发，用数学方法推导出精确的计算公式。1.1.3 计算机的使用应用电脑不仅可以节省人力，提高效率，而且可以对设计进行优化和控制，以达到最高的技术和经济性能。如美国 Pascagoula 炼油厂原油蒸馏装置的原油热交换系统，得益于热交换系统的优化设计等改进，平均传热系数得到了极大的提高。传热分析，应力分析，信息和模拟的存储和检索，并通过控制程序进行编程。一些程序从设计过程开始直到绘制图纸。电脑自动绘图仪只需 10 分钟即可绘制标准换热器图纸。目前，美国 HTRI 国外换热器设计方案无疑是一个代表，它已经在很多国家推出。另外，其他国家也开发了一些自动设计系统和程序。如英国的 HTFS 和其他开发的 TASC 计划; 1975 年在剑桥国家工程实验室重心与电脑辅助设备合作，根据美国壳牌热交换器制造商协会标准，编制壳管式换热器机械设计程序 STEM 管。这个程序不仅将所有的 “R”TEMA 标准， “C”对于“B”计算出三种各种设计的换热器，列出了许多不同的参数供选择，并自动吸取平面图的热量，到 1978 年底已能够提供 TEMA 标准换热器的所有制造建设计划。后来又与英国标准协会联合发布了 1976 年底压力容器代码 BS5500 开发的机械设计工艺换热器;苏联还有 CATA 自动设计系统;日本 HEADS 自动系统由三菱工程船舶有限公司设计开发，使用该系统，只需极少的输入数据即可快速获得机械设计图表和图纸。充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 1 页 共 页1.1.4 高温高压换热器的进展随着处理的进展以及使用大型高温高压的热交换器。炼油厂加氢热交换器的例子。近年来，高温和高压换热器已在结构，材料和制造方面取得了一些进展。管箱和密封结构有一些改进，与管入口面积的热保护得到了提高。此外，细管板或柔性管板结构已被用于减少热应力; 使用小管密集安排改善了管与管板连接。1.1.5 采用新材料由于工艺条件变得越来越严重，迫切需要一些新的材料。在换热器的制造，钛在含氯溶液由于其高耐腐蚀性、高强度和屈服极限，比重小，重量轻，和一定的抗污染。钛换热器在炼油厂利用钛冷却器和冷凝器。钛换热器中的应用迅速增加。耐酸铝热交换器和镀锌钢管换热器的应用也越来越多。最具代表性的非金属材料是聚四氟乙烯塑料。由于杜邦有限公司成功开发出塑料换热器在上世纪 60 年代中期，它在国外已经被广泛应用，由于其优良的耐腐蚀和抗污染性能。在上世纪 70 年代，无论这种换热器的使用，这几乎是普遍的。1.2 换热器的发展趋势1.2.1 研究余热回收设备工业余热使用具有非常大的潜力，对生产显著的影响。其主要原因是：高温热量的回收利用和合理利用高压能量的是在石油化学行业中的关键技术之一。从热交换器的整体结构，各个管板的结构设计，热膨胀补偿高温侧的热通量的控制方法中，有一些需要解决的许多问题; 低温废热回收 100200 是常见的一般企业。意义。其原因为企业的热效率低是低温热能没有很好地利用。1.2.2 研究紧凑式换热器紧凑型换热器包括散热片式，板式热交换器，其具有优良的性能，并且当使用多个流动路径安排他们的优越性更为显着。板式热交换器需要改进密封结构，增强板的强度，研究新的垫圈材料，提高工作温度和工作压力是未来开发的重点。由于壳和管式热交换器来解决温度性，耐压性和高效率从结构之间的矛盾，它被迅速普及和在化学工业中应用。然而，由于其复杂的制造工艺和高焊接的要求，有必要把重点放在提高的结构设计和开发新的成形和焊接工艺。1.2.3 强化传热管的研究近年来令人瞩目的成就已经作出了国内外在利用强化传热管，以提高热交换能力，提高换热效率，减少传热面积，降低设备投资。增强传热管也使用低充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 2 页 共 页温热的关键部件。表面多孔管可以在一个非常小的温度差产生许多气泡核，并增加蒸发芯多次的数量。然而，制造过程是相对严格的，生产成本是高的。这些都是今后要解决的所有问题。充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 3 页 共 页2 材料的选择根据设计条件本次设计采用 16MnR3 设计条件3.1 设计任务与设计条件现设计一台处理量 4500kg/h 二硫化碳精馏系统 釜式再沸器表 2.1 壳程与管程的设计条件壳 程 管 程温度 / 72.48 120110介质 四氯化碳 水蒸汽压力（绝压）/MPa 1.03.2 设计压力的确定设计压力：壳程 Pt=1.6MPa，管程 Ps=1.0MPa3.3 设计温度的确定本次管程设计温度取 115，壳程设计温度取 72.484 再沸器基本参数的确定4.1 换热管基本参数4.1.1 换热管常用排列形式见图 3-1。充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 4 页 共 页图 3.1 换热管排列形式根据工艺我选择换热管排列形式为正三角形排列。4.1.2 工艺参数的确定定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的对数平均值，管程为水蒸汽。根据本组同学塔设备计算得知壳程温度t=72.48 ，计算平均传热温差 ：Cmtbmt-(1207.48)(1072.48)t .3lnlndbT C（ ） （ ）取传热系数 K=600W/(m2K)，利用下面公式估算传热面积 ：pAm2948037.62.pmAKt252.5mm 的换热管采用正三角形排列时，其分程隔板槽两侧相邻管中心距nS=4m管程数和传热管数：充值购买-下载设计文档后，加 Q-1459919609 免费领取图纸第 5 页 共 页s 22iv8064./n=75.3751du（ 960） 根传热管长度为 0s37.=.8mdn14026L按单管程计算的话，传热管长度过长， 宜采用多管程结构。现取换热管长度L=6m,那么根据公式 p7.8=2l6LN所以传热管总根数为 152 根, 摘要本文主要介绍了釜式再沸器的三个部分，第一部分工艺计算部分，第二部分结构设计计算和第三部分的机械设计。其中我所设计工艺设计计算部分包括根据设计条件，查询介质的物性参数，算出热流量，平均温度差估算换热面积，计算换热管管数，确定釜式再沸器的大体尺寸。其次进行换热器核算，包括（1）热量核算，壳程对流传热系数管程对流传热系数总传热系数传热面积（2）换热器内流体的流动阻力管程流动阻力壳程流动阻力。机械设计部分包括确定换热器换热管的尺寸，壳体（大端，小端） ，封头，管箱管板，折流板，支持板，法兰，支座等其他零部件。关键词：换热管；再沸器；法兰；支座；封头AbstractThis chapter mainly introduces the process calculation part, structural design calculation and mechanical design of the kettle reboiler. The design calculation part of my design includes querying the physical property parameters of the medium according to the design conditions, calculating the heat flux, estimating the heat exchange area by the average temperature difference, calculating the number of tubes, and estimating the approximate size of the reboiler. Second, heat exchanger accounting, including (1) thermal calculation, 1 shell convection heat transfer coefficient 2 tube convection heat transfer coefficient 3 total heat transfer coefficient 4 heat transfer area (2) heat exchanger fluid flow resistance 1 tube Cheng flow resistance 2 shell flow resistance. Mechanical design includes heat exchange tubes, shells, heads, tube boxes, tube sheets, support plates, flanges, bearings, etc.Key words: Heat exchange tube; Reboiler; Flange; Support; Head目录摘要 .11.绪论 .51.1 换热器及传热研究的现状 .51.2 换热器的发展趋势 .11.2.2 研究紧凑式换热器 .11.2.3 强化传热管的研究 .12 材料的选择 .33 设计条件 .33.1 设计任务与设计条件 .33.2 设计压力的确定 .33.3 设计温度的确定 .34 再沸器基本参数的确定 .34.1 换热管基本参数 .34.1.3 壳体内管程壳体内径 .64.1.4 布管限定圆 .84.2 折流板与支持板 .94.2.1 折流板的形式与缺口 .94.2.2 折流板与支持板的尺寸 .94.3 拉杆的结构和数量 .94.4 接管 .104.5 传热系数的校核 .114.6 阻力校核 .145 结构设计和强度计算 .195.1 筒体 .195.1.1 大端壁厚 .195.1.2 锥壳壁厚 .205.2 封头的计算 .215.3 壳程计算 .235.4 壳程封头计算 .255.5 管箱法兰及垫片 .275.6 固定管板 .305.7 滑道及堰板 .385.8 浮头法兰及浮头盖 .395.8.1 浮头法兰 .395.8.2 浮头盖 .495.9 接管法兰 .515.9.1 管程接管法兰 .515.9 .2 壳程接管法兰 .535.9 .3 排液管接管法兰 .545.10 开孔补强 .555.10.1 管程接管开孔直径 .555.10.2 壳程接管开孔直径 .57参考文献 .61致谢 .631.绪论1.1 换热器及传热研究的现状换热器是一种工艺生产中普遍使用的换热设备，广泛应用在在炼油、化工、医药、冶金等诸多领域的行业中。因此，换热器的研究和改进受到人们极大重视，并且日益改善换热性能。尤其是自从七十年代初发生能源危机以来，各个国家都在纷纷寻找新能源代替传统能源及节约能源的途径，而换热器是节约能源和充分利用能源的有效设备。1.1.2 研究工作的动向根据资料显示截至目前世界上每年发表有关传热改善及换热设备方面的文献大约在六千篇以上并且还在不断增长。同时新能源开发和利用的文章也日趋增多，人们研究出许多有利于生产应用的新能源。研究的重点方向是传热机理、强化传热改善、模拟及在线测试技术，将计算机应用在换热设备上不仅提高劳动效率而且将生产向智能化发展，同时换热设备的振动、污垢以及与能源利用和环境保护有关的新型高效换热器。加大对传热基础理论的研究探讨，使得换热设备的改善更快，更直接。目前最新的一种研究动向是：从数学模型和物理模型出发，用数学方法推导出精确的计算公式。1.1.3 计算机的使用应用电脑不仅可以节省人力，提高效率，而且可以对设计进行优化和控制，以达到最高的技术和经济性能。如美国 Pascagoula 炼油厂原油蒸馏装置的原油热交换系统，得益于热交换系统的优化设计等改进，平均传热系数得到了极大的提高。传热分析，应力分析，信息和模拟的存储和检索，并通过控制程序进行编程。一些程序从设计过程开始直到绘制图纸。电脑自动绘图仪只需 10 分钟即可绘制标准换热器图纸。目前，美国 HTRI 国外换热器设计方案无疑是一个代表，它已经在很多国家推出。另外，其他国家也开发了一些自动设计系统和程序。如英国的 HTFS 和其他开发的 TASC 计划; 1975 年在剑桥国家工程实验室重心与电脑辅助设备合作，根据美国壳牌热交换器制造商协会标准，编制壳管式换热器机械设计程序 STEM 管。这个程序不仅将所有的 “R”TEMA 标准， “C”对于“B”计算出三种各种设计的换热器，列出了许多不同的参数供选择，并自动吸取平面图的热量，到 1978 年底已能够提供 TEMA 标准换热器的所有制造建设计划。后来又与英国标准协会联合发布了 1976 年底压力容器代码 BS5500 开发的机械设计工艺换热器;苏联还有 CATA 自动设计系统;日本 HEADS 自动系统由三菱工程船舶有限公司设计开发，使用该系统，只需极少的输入数据即可快速获得机械设计图表和图纸。第 1 页 共 页1.1.4 高温高压换热器的进展随着处理的进展以及使用大型高温高压的热交换器。炼油厂加氢热交换器的例子。近年来，高温和高压换热器已在结构，材料和制造方面取得了一些进展。管箱和密封结构有一些改进，与管入口面积的热保护得到了提高。此外，细管板或柔性管板结构已被用于减少热应力; 使用小管密集安排改善了管与管板连接。1.1.5 采用新材料由于工艺条件变得越来越严重，迫切需要一些新的材料。在换热器的制造，钛在含氯溶液由于其高耐腐蚀性、高强度和屈服极限，比重小，重量轻，和一定的抗污染。钛换热器在炼油厂利用钛冷却器和冷凝器。钛换热器中的应用迅速增加。耐酸铝热交换器和镀锌钢管换热器的应用也越来越多。最具代表性的非金属材料是聚四氟乙烯塑料。由于杜邦有限公司成功开发出塑料换热器在上世纪 60 年代中期，它在国外已经被广泛应用，由于其优良的耐腐蚀和抗污染性能。在上世纪 70 年代，无论这种换热器的使用，这几乎是普遍的。1.2 换热器的发展趋势1.2.1 研究余热回收设备工业余热使用具有非常大的潜力，对生产显著的影响。其主要原因是：高温热量的回收利用和合理利用高压能量的是在石油化学行业中的关键技术之一。从热交换器的整体结构，各个管板的结构设计，热膨胀补偿高温侧的热通量的控制方法中，有一些需要解决的许多问题; 低温废热回收 100200 是常见的一般企业。意义。其原因为企业的热效率低是低温热能没有很好地利用。1.2.2 研究紧凑式换热器紧凑型换热器包括散热片式，板式热交换器，其具有优良的性能，并且当使用多个流动路径安排他们的优越性更为显着。板式热交换器需要改进密封结构，增强板的强度，研究新的垫圈材料，提高工作温度和工作压力是未来开发的重点。由于壳和管式热交换器来解决温度性，耐压性和高效率从结构之间的矛盾，它被迅速普及和在化学工业中应用。然而，由于其复杂的制造工艺和高焊接的要求，有必要把重点放在提高的结构设计和开发新的成形和焊接工艺。1.2.3 强化传热管的研究近年来令人瞩目的成就已经作出了国内外在利用强化传热管，以提高热交换能力，提高换热效率，减少传热面积，降低设备投资。增强传热管也使用低第 2 页 共 页温热的关键部件。表面多孔管可以在一个非常小的温度差产生许多气泡核，并增加蒸发芯多次的数量。然而，制造过程是相对严格的，生产成本是高的。这些都是今后要解决的所有问题。第 3 页 共 页2 材料的选择根据设计条件本次设计采用 16MnR3 设计条件3.1 设计任务与设计条件现设计一台处理量 4500kg/h 二硫化碳精馏系统 釜式再沸器表 2.1 壳程与管程的设计条件壳 程 管 程温度 / 72.48 120110介质 四氯化碳 水蒸汽压力（绝压）/MPa 1.03.2 设计压力的确定设计压力：壳程 Pt=1.6MPa，管程 Ps=1.0MPa3.3 设计温度的确定本次管程设计温度取 115，壳程设计温度取 72.484 再沸器基本参数的确定4.1 换热管基本参数4.1.1 换热管常用排列形式见图 3-1。第 4 页 共 页图 3.1 换热管排列形式根据工艺我选择换热管排列形式为正三角形排列。4.1.2 工艺参数的确定定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的对数平均值，管程为水蒸汽。根据本组同学塔设备计算得知壳程温度t=72.48 ，计算平均传热温差 ：Cmtbmt-(1207.48)(1072.48)t .3lnlndbT C（ ） （ ）取传热系数 K=600W/(m2K)，利用下面公式估算传热面积 ：pAm2948037.62.pmAKt252.5mm 的换热管采用正三角形排列时，其分程隔板槽两侧相邻管中心距nS=4m管程数和传热管数：第 5 页 共 页s 22iv8064./n=75.3751du（ 960） 根传热管长度为 0s37.=.8mdn14026L按单管程计算的话，传热管长度过长， 宜采用多管程结构。现取换热管长度L=6m,那么根据公式 p7.8=2l6LN所以传热管总根数为 152 根, 题目名称 处理量 450kg/h 二硫化碳精馏系统冷凝器设计题目来源 国家、省（部）级 市、校级 企业（公司） 其他题目类型 工程设计 应用研究 基础研究 其他一、毕业设计（论文）概述1.毕业论文设计目标在处理量 4500kg/h 二硫化碳精馏系统中再沸器的设计满足所需要的工艺要求。2.毕业论文设计内容2.1 工艺计算查取四氯化碳物性数据；计算热负荷；计算温差；选取导热系数；计算循环水用水量，查水的物性参数；核算总传热系数 ；计算压强降；计算流体阻力2.2 结构计算选换热管的材料为 20 号钢;计算传热管数；计算筒体内径由公式；筒体内径；计算布管圆；计算同体厚度；计算折流板数量；计算拉杆直径；选择容器法兰；算接管长度；选择接管发兰；计算封头深度；计算总质量；选择鞍式支座等内容 2.3 强度校核 水压试验；气密性实验；筒体校核；支座校核；管板校核；膨胀节设计；经济核算等2.4 总结 总结设计的不足和优点，解决问题的方法以及实践与理论的差距等从而更好的提高自己的能力。3.固定管壳式换热器的特点管壳式换热器的主要零部件：壳体、换热管、接管、法兰连接装置、支座、管箱、折流板、管板、膨胀节等。换热主要元件是换热管，通常换热管排布形式由正方形和正三角形，换热管与管板的连接方式通常有胀接、焊接、胀焊并用三种方式。膨胀节的作用是减小管板的温差应力。折流板是作用为了造成壳程流体扰动，使壳程流体呈“S”形流动，提高壳程介质流速，强化传热；对于卧式换热器，还有支撑管束的作用。折流板结构形式：弓形和圆环形其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。结构特点为：两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。换热管束可做成单程、双程或多程。它适用于壳体与管子温差小的场合。 优点：结构简单、紧凑。在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。 缺点：壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较大（大于 50）时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。4.设计采用原理，主要思路和方法4.1 的设计，用户应提供一下设计条件（工艺参数）管、壳程的操作压力（作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供）管、壳程的操作温度（进口/出口） 金属壁温（工艺计算得出（用户提供） ） 物料名称及特性 腐蚀裕量 程数 换热面积 换热管规格，排列形式（三角形或正方形） 折流板或支撑板数量4.2 设计参数的确定 设计压力，设计温度，焊接接头系数 ：DN15 篇，英文5 篇）撰写文献综述和开题报告；查阅并翻译一篇英文献，提交文献综述和开题报告初稿。第 8 学期 1-2 周修改翻译、文献综述和开题报告，上传系统。3-4 周确定设计方案，工艺计算；实习，提交工艺计算资料。5-6 周结构和强度设计算，提交强度计算资料。7 周撰写毕业设计说明书，提交设计说明书初稿。8-10 周绘制三维零部件图，提交电子版图纸。11-12 周绘制三维零部件图，提交电子版图纸。13 周修改图纸和毕业设计说明书、整理毕业设计，上传终稿，打印装订毕业论文。14-16 周准备毕业答辩。三、毕业设计（论文）已完成的研究部分1 工艺计算计算热负荷；选取传热系数；估算换热面积；核算传热数；计算压强降；计算流体阻力2 结构设计计算筒体内径；计算筒厚度；计算管板；计算总质量；选择支座；计算接管长度；选择容器法兰；接管法兰选择；封头选择；管箱设置；接管最小距离；换热管材料选择；3 强度校核支座校核；开口补强圈校核；水压试验，筒体校核等均已完成四、下一部分的工作安排1、完成工作请老师审阅指出不当之处并自我完善。2、CAD 绘画 SolidWorks 画三维图并不断完善3、答辩五、毕业设计（论文）工作中存在的问题补强圈的设计条件溢流堰尺寸确定锥形端尺寸确定学生：XXX 20XXX 年 4 月 27 日 指导教师：XXX 20XXX 年 4 月 27 日任 务 书XXX 学院 XXXX 专业 XXX 班 XXXX 同学：现给你下达毕业设计（论文）任务如下，要求你在预定时间内，完成此项任务。一、毕业设计（论文）题目处 理 量 4500kg/h 二 硫 化 碳 精 馏 系 统 再 沸 器 设 计二、毕业设计（论文）依据及参数某 企 业 进 行 工 艺 改 造 ， 需 要 增 加 精 馏 操 作 单 元 设 备 。 本 课 题 主 要 完 成 其 中 精 馏 操 作 系 统 中 的塔 底 再 沸 器 的 结 构 设 计 ， 以 满 足 工 艺 需 要 。 设 计 参 数 ： 管 程 ： 水 蒸 汽 ， 温 度 120-110 ， 压 力 1.0 MPa； 壳 程 ： 四 氯 化 碳 ， 其参 数 参 考 同 小 组 成 员 吴 旭 辉 的 精 馏 工 艺 计 算 结 果 。 三、毕业设计（论文）目标及内容1、 通 过 查 阅 国 内 外 相 关 文 献 ， 了 解 热 交 换 的 研 究 现 状 ；2、 掌 握 查 阅 国 内 外 文 献 的 方 法 和 技 巧 ， 并 进 行 文 献 综 述 ；3、 掌 握 换 热 器 设 计 的 流 程 和 方 法 ；4、 能 够 熟 练 运 用 计 算 机 绘 图 软 件 Auto CAD、 SolidWorks 进 行 绘 图 。四、课题所涉及主要参考资料1 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB150.1150.4-2011 压 力 容 器 S. 北 京 ： 中 国 标 准 出 版 社 ， 2012.2 中华 人民 共和 国国 家质 量监督 检验 检疫 总局 ， 中 国 国家 标 准化 管理 委员 会 .GB151-2014 热 交换器S. 北 京 ： 中 国 标 准 出 版 社 ， 2015.3 谢 铁 军 ， 寿 比 南 ， 王 晓 雷 ， 等 . TSG R0004-2009 固 定 式 压 力 容 器 安 全 技 术 监 察 规 范 S. 北 京： 新 华 出 版 社 ， 2010.4 国 家 能 源 局 . NB/T47072-2014 卧 式 容 器 S. 北 京 ： 新 华 出 版 社 ， 2014.5 中 华 人 民 共 和 国 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 ， 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 . GB/T 25198-2010 压 力 容 器 用 封 头 S. 北 京 ： 凤 凰 出 版 社 ， 2011.6 中华 人民 共和 国国 家发 展和改 革委 员会 . JB/T4712.14712.4-2007 容器 支座 S. 北 京： 新 华出版 社 ， 2007.7 姚 玉 英 . 化 工 原 理 （ 上 册 ） M.天 津 ， 天 津 大 学 出 版 社 ， 1999.8 中 国 石 化 集 团 上 海 工 程 有 限 公 司 . 化 工 工 艺 设 计 手 册 (上 册 ) M. 北 京 ， 化 学 工 业 出 版 社 ， 2009. 9 钱 颂 文 . 换 热 器 设 计 手 册 M. 北 京 ， 化 学 工 业 出 版 社 ， 2002.五、进度安排周 次 工 作 内 容 检 查 方 式第 7 学期17-19 周查 阅 文 献 （ 中 文 15 篇 ， 英 文 5 篇 ） 撰 写文 献 综 述 和 开 题 报 告 ； 查 阅 并 翻 译 一 篇英 文 文 献。提 交 文 献 综 述 和 开 题 报 告 初 稿第 8 学 期1-2 周 修改翻 译、 文 献综 述和 开 题报告， 上传 系统。 前 期 材 料 定 稿 ， 上 传3-4 周 确 定 设 计 方 案 ， 工 艺 计 算 ； 实 习 提 交 工 艺 计 算 资 料5-6 周 结 构 和 强 度 设 计 计 算 提 交 强 度 计 算 资 料7 周 撰 写 毕 业 设 计 说 明 书 提 交 设 计 说 明 书 初 稿8-10 周 计 算 机 绘 制 图 纸 （ 总 装 配 图 、 部 件 图 、 零件 图） 提 交 电 子 版 图 纸11-12 周绘 制 三 维 零 部 件 图 提 交 电 子 版 图 纸13 周 修 改 图 纸 和 毕 业 设 计 说 明 书 、 整 理 毕 业 设计上 传 终 稿 ， 打 印 装 订 毕 业 论 文14-16 周准 备 毕 业 答 辩 答辩六、毕业设计（论文）时间 2017 年 12 月 25 日 2018 年 06 月 18 日七、本毕业设计（论文）必须完成的内容1 调 查 研 究 、 查 阅 文 献 和 搜 集 资 料 。2 阅读 和翻 译与 课题 内容 有关的 外文 资料 （ 外文 翻 译不能 少 于 2 万 印刷 字符 ， 约 合 5000 汉字）。3 撰 写 文 献 综 述 ， 确 定 设 计 方 案 。4 工 艺 计 算 ； 结 构 和 强 度 设 计 计 算 ； 材 料 的 选 择 ； 计 算 机 程 序 软 件 等 。5 撰 写 毕 业 设 计 说 明 书 。6绘 制图 纸（ 总装 配图 、 部件图 、零 件图 ） 。八、备注本 任 务 书 一 式 三 份 ， 学 院 、 教 师 、 学 生 各 执 一 份 。XXX 系（教研室） 指导教师 XXX系（教研室）主任 XXX 主管院长 XXXApplied Thermal Engineering 107（ 2016） 612-624目录列表可在 ScienceDirect应用热工学期刊主页： /locate/apthermeng 研究论文翅片管换热器热接触程度的影响：数值分析Shobhana辛格 ，KimSrensen，Thomas J. Condra丹麦奥尔堡大学能源技术系， Pontoppidanstr de101 ， 9220 Aalborg强调 数值研究了翅片和管之间的热接触面积的意义。 进行了基于有限元方法的三维稳态建模。 模拟了与湍流耦合的共轭传热机理。 估计热接触面积的程度对整体性能的影响。 结果为不同热接触面积的物理现象提供了见解。a r t i c l e i n f o文章历史：2015年 10月 30日收到2016年 5月 14日修订2016年 7月 3日接受2016年 7月 5日在线提供关键词：翅片管式换热器热接触面积稳态数值模拟共轭传热整体传热系数摘 要目前的工作旨在调查热交换器中翅片和管之间热接触面积的重要性。 研究选择的换热器类型是液 - 气翅片和管式换热器。 研究了基于翅片和管之间的不同程度的热接触的四种不同情况，即 I， II， III和 IV。 情况 -1翅片和管之间的热接触面积为 100，作为案例 -II， III和 IV的参考，其热接触面积分别约为 70， 50和35。 针对所研究的不同案例，开发了基于有限元法（ FEM）的三维（ 3D）稳态数值模型。 模拟结合湍流的共轭传热机制来阐明温度和速度分布。 为了开发一个具有理想物理现象的简化模型，本研究仅模拟了鳍上的气体流动。 换热器的性能根据总传热系数， Colburn j系数，流阻系数和效率指标来表征。 通过数值模拟获得的结果可用于检查热接触程度的影响并比较不同情况下换热器设计的性能。 对比分析表明翅片和管之间的热接触面积对整体性能的显着影响。 在案例研究中发现案例 I具有更高的总传热系数 47.332 W /（ mK），更高的效率指数 9.131和更低的流阻系数 0.123，并突出了翅片之间完美热接触的需求和管以满足基于应用的需求。2016 Elsevier Ltd.保留所有权利。1. 介绍热交换器是热能系统中最常见的部件。 余热回收技术广泛地使用热交换器来利用否则将会损失的低等级热量 1。 已经研究了多种具有新颖设计以增强工作流体之间的热传递的换热器。 选择合适的热交换器设计是基于应用技术的关键步骤。 翅片和管热通讯作者。电子邮件地址： ssiet.aau.dk （ S. Singh ）。由于许多工业应用中的传热表面被延伸得最广泛，例如废热回收装置，加热，通风以及空调和制冷系统 2。 然而，在热交换器设计中使用翅片会增加影响传热机制的设计变量的数量，从而使分析变得更加困难。 此外，翅片管换热器的设计通常受温度与压力损失之间的折衷影响。 出于这些原因，设计人员不得不确定有影响力的设计参数并预测其对性能的影响。/10.1016/j.applthermaleng.2016.07.022 1359-4311 /2016 Elsevier Ltd.保留所有权利。S. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016 ） 612-624 613文献中有几项研究分析了翅片管换热器各种设计参数的影响。 Romero-Mndez等人。 3 通过数值计算和流动可视化研究了单排翅片管换热器中翅片间距的影响，并总结了翅片间距对总体努塞尔数和压降的强烈影响。 Mon和 Gross4 研究了翅片间距对四排环形翅片管束交错排列的影响，并将结果与 现有的相关性进行了比较。 Erek等人 5 数值研究了散热片之间的距离对板翅式和管式换热器的传热和压降的影响，并发现在下游区域放置翅片管可以积极地影响传热。 另外，唐等人。 6 通过实验研究了 9种不同数量的管排和管直径的翅片管式换热器，以确定空气侧传热和流阻特性。 他们得出结论认为，带有鳍片的热交换器比具有涡流发生器和扁平翅片的热交换器具有更好的性能。翅片管在热交换器中的基本结构涉及在管上安装专门设计的翅片。 最佳做法是放置翅片底座，使翅片管整体连接到翅片材料上，从而使翅片和管之间的热接触面积更大。 不同的机械方法，包括镀锌，铝或钢带，螺旋或螺旋缠绕被用于将管与翅片配对7。 大多数商用翅片式和管式换热器设计用于在特定应用目的下所需的系统流体和部件的特定操作温度和压力限制。 例如，通常在气冷式换热器中使用细管，其中翅片和管的几何形状以及附着方式经常根据应用而改变，例如化学生产设备，炼油厂和铸造厂7。 翅片和管之间的接触主要取决于管和翅片的材料以及用于将翅片基座固定到管上的机械方法。 翅片和管之间的不适当接触产生难以估计并且影响热交换器的翅片和管之间的热传递的阻力8,9.文献中提供了在翅片管换热器中实验和数值测量热接触阻力的研究812。 但是，关于触点间隙电阻的研究还很少。 采用实验方法测量制造过程中挤出双金属片管中的接触和间隙阻力13。 翅片和管之间的热接触电阻经常被忽略，因此非常有限的实验数据可用于提供见解14。热交换器中接触电阻对总热阻的贡献并不总是可以忽略的，特别是当翅片和管子机械结合时（如基于材料和应用的焊接和焊接）。 Cristoph等人对制冷换热器中的翅片管接口进行了相关分析。15。 他们通过切片和显微镜检查证实了分析结果，并得出结论：在典型的操作条件下，由于不良的翅片管接触引起的阻力可能比空气侧阻力高12。 他们进一步得出结论，铝钎焊技术的建设可以消除这种接触电阻。 Jannick等人16 与机械结合的翅片管换热器相比，钎焊换热器的平均容量提高1.5。 管和翅片之间的完美接触可以降低接触电阻并提高传热性能。机械方法很可能由于不规则而留下空隙接口 11 并改变翅片和管之间的接触面积。 在换热器操作中，由于两个主要原因，在空气占据的翅片和管的界面处的间隙可能是非常有意义的。 首先，气隙会通过干扰翅片和管之间的导热传导而导致翅片的传热能力下降 12。 其次，气隙可以产生允许通过对流传热的流体路径。 此外，在流体流动的途中由气隙产生的湍流可能影响鳍片侧的整体流动剖面。 时间间隔内的污垢会降低传热能力。 因此，气隙会严重影响整个换热系数和热交换器设计的性能。 由于机械组装翅片管式换热器的广泛使用，气体或气体域液体翅片管内管壁内管外管入口出口下标 gl f t w i o进出密度（ kg / m）气体动力粘度（Pa s）湍流耗散率（m / s）边界层距墙壁的距离（m）wq l e d希腊的象征（ W / m）流速（ m / s）平均速度矢量（m / s）总传热系数（W / m K）Qu u U表面积（m ）（m ）恒压比热容（J / kg K）直径（m）气体域水力直径（m）体力矢量（N / m ）对流换热系数（W / m K）Colburn j因子（无量纲）导热系数（W / m K）湍动能（m / s）vonKrm n常数长度（m）平均努塞尔数（无量纲）压力（Pa）横跨气体区域的压差（Pa）润湿周长（m）热通量矢量（W / m ）平均雷诺数（无量纲）Prandtl数（无量纲）温度（K）平均温度（K）对数平均温差（K）交换总功率（W）AACd DFhjkk合资公司LNu p Dp Pq Re Pr T TDTLMQ命名法614 S. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016 ） 612-624制冷和家用空调系统 16，需要对这些热交换器设计中的传热及其与不同参数的关系有深入的了解。在目前的工作中，努力数值分析翅片和管之间的热接触面积对液体 - 气体翅片和管式换热器设计的性能的影响。 该部分的设计更详细的讨论2。 制造翅片的独特形状以减少使用的材料，因此成本通常会引起工程挑战。 在制造期间，翅片与管连接翅片周围的不均匀配合会留下气隙和不均匀的接头，从而导致翅片与管之间的可变热接触面积。 翅片和管之间的热接触面积的这种变化对于单个翅片性能可能是至关重要的; 因此，应该进行调查以揭示其对整体表现的影响。 研究了根据所选翅片管式换热器设计中热接触程度的四种不同情况。 三维稳态数值模型被开发并用于表征每种情况下的热和机械性能。 该研究有助于更好地了解整体性能和热接触面积与受影响的物理现象的见解之间的关系。 此外，它还可以帮助研究工程师，设计人员以及制造商选择合适的设计以实现最佳热交换器操作。本文的结构如下：部分 2 说明了热交换器的设计和不同情况下用各自的原理图进行了调查部分 3 解释了整个模型的发展，包括计算几何，控制方程和边界条件。部分 4 概述了用于解决数值模型的模拟程序。部分 5 介绍并讨论了从数值模型中获得的结果。部分 6 根据实际应用要求，对该模型进行总结和简要评估，从而得出结论。2. 调查了换热器设计和案例目前工作分析的换热器设计是具有扁平翅片和圆形管的液态气体翅片管型。 这些管彼此之间以固定的距离放置，并且在两个方向上以顺流方式排列 - 沿着流动并穿过流动。 翅片从两侧连接到一组两个管，在两者之间留有固定间隙。 本文研究的翅片管换热器设计的典型结构如图所示 图。 1。 共轭传热现象放置在热交换器的运行期间。 它包括从流动流体到翅片表面和外管壁表面的对流热传递，以及通过外壁同时传导热传递到管内壁以及通过翅片到管。目前的调查包括总共四种不同的情况 - I，II，III和IV，这些情况是根据翅片管式换热器设计中的热接触面积 表格1。 为了便于操作和比较，参考案例I中的换热器几何形状尽可能简单，翅片与管之间的热接触面积大约为100。 案例I的热交换器几何尺寸根据实际的翅片管式换热器原型（ 图。1），并用于为目前的调查建立基线几何。 图2示出了参考案例I的单个热交换器设计单元的示意图。 有序地重复布置这一单元，为特定应用构建了完整的翅片管式换热器配置。 单个单元的指定尺寸如图所示 表2。 应该指出的是，案例 -II，III 和IV的设计参数与参考案例-I相同。 唯一的区别是通过不同程度的翅片嵌入到管上而改变的热接触面积。 不同情况下的热接触面积的详细情况如图所示 图3a。 在情况I中，翅片安装在管上以使翅片基座和外管壁表面成为理想的热接触，而在情况-II，III和IV中，可以看到热接触区域被气隙中断。 翅片和管的不同设计，构造和制造方法可能导致不同的气隙拓扑结构。 在本文中，翅片和管子界面处产生的气隙形状完全取决于翅片和管子的几何设计特征。 图3b 显示了情况-II，III和IV中气隙的几何形状。3. 模型开发稳态三维数值模型是针对四个不同的情况开发的 - I，II，III和IV2 (表格1）。 尽管根据翅片和管之间的热接触面积调查的案例不同，但可以应用类似的物理机制和模型构建步骤。 在每种情况下都有类似的建模过程，本文仅描述参考案例I的模型开发和数值过程。3.1. 计算几何对于涉及管内流体蒸发或冷凝的工业应用而言，在内管壁温度不变的情况下，假设内管壁温度恒定，只有在翅片上流动的流体被模拟。 在现在的数值模拟中使用的三维计算几何体显示在 图 4。 几何有三个不同的领域：分别为气体，鳍和管。 域的尺寸根据下面的热交换器单位选择 图 2。 为了保持简单和最小的计算 -表格 1基于翅片和管之间热接触面积的情况总结。案件调查 热接触面积（ m） 热接触面积（）（大约）图 1.翅片管换热器原型的图示。我（参考案例） 10.63 X 10- 5 100II 7.43 X 10- 5 70III 5.24 X 10- 5 50IV 3.70 X 10- 5 35rkTer 回覆r e1柯e2柯 S. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016 ） 612-624 615W犳 dT Ld 以及在高雷诺数下的气体压力场。 该模型使用标准双方程ke湍流模型来模拟流动行为17。 选择ke模型是因为它可以很好地处理复杂几何体周围的大部分流动问题，并且可以提供足够准确的结果，并具有良好的收敛速度和相对较低的内存要求。我们做出以下假设来简化建模和计算过程：稳态流动和传热。 温度依赖性热特性。 恒定的内管壁温度。热接触电阻可忽略不计（即由于表面粗糙度而没有间隙）。假设没有周期性边界条件（即该研究仅适用于热交换器配置的唯一第一翅片）。质量平衡与气体流动的动量平衡的耦合受 RANS方程支配 17,18 它们表示为：r u 0 1-pI + lru +（ +） + F 2ke湍流模型也解决了湍流动力学问题LT 能量（k ）和湍流耗散率（e）。 描述气体中k 和e的微分输运方程为图 2.用于参考案例 -I的翅片管式换热器的单个单元的示意图。表 2参考案例 -I的热交换器几何单元的尺寸。1618:qurk= rl +lT rk埃 尔 + P-qe 3描述 符号 值 单元翅片的长度 L 145.0 毫米曲 elL TlC e C 4其中生产项（ P）和湍流粘度（ 1）定义为：P= 1ru：ru + + 5k21= qCl 6模拟成本，模拟具有翅片厚度（ d）和管子长度（ L）的单个热交换器配置单元，其减小到原始值的一半。 对称边界用于表示对称平面并生成镜像相邻几何。 此外，为了捕获热交换器几何形状的入口，出口和两侧的流动剖面，模拟气体域的长度约为。 翅片长度的 1.03倍（ L），宽度约。 鳍片宽度的 1.18倍（ W）和厚度约。 管长的 0.5倍（ L）。 气体区域也分别代表热流体从哪里进入和离开该区域的入口和出口边界平面。 气体区域中的气体流动在负 y方向上。 选择具有恒定物理性质的钢作为固体材料来模拟翅片和管道区域。 另一方面，选择具有温度依赖特性的理想气体来模拟气体域。3.2. 治理方程式ke湍流模型用于求解雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的平均速度其中 Cl， C， C， rk和 r分别是值分别为 0.09,1.44,1.92,1.0 和 1.3的模型常数，用于数值求解模型 19.就气体域内的传热而言，能量传输是由对流和传导共同驱动的; 然而，基于流体的热性质和假设的入口速度，在本研究中它主要由对流支配。 描述气体传热的微分方程和求解温度场的方程为：qCurT + rq = Q 7其中q = -krT 8翅片和管区域的传热主要由传导决定，因此受热传导的傅立叶定律支配。 应该注意的是，由于温差小，辐射率低，光束长度小，忽略了通过辐射的热传递。 翅片管区域的传热方程表示为以下节能形式：qCurT + rq = Q 9 r k -翅片的宽度 W 32.0 毫米翅片的厚度 d 2.0 毫米翅片间隙的宽度 d 7.0 毫米管的内径 d 30.0 毫米管的外径 d 38.0 毫米管的长度（在两个翅片之间） L 15.0 毫米管间距（中心到中心） d 77.0 毫米管节距（垂直） nv 15.0 毫米管节距（水平） N 16.0 毫米616 S. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016 ） 612-624图 3a。 基于翅片和管之间的热接触面积的程度来研究不同的情况。案例二 案例三 案 例四图 3b。 （ a）情况 -II，（ b）情况 -III和（ c）情况 -IV的翅片和管热接触之间的气隙。3.3. 边界条件为了提出一个明确的问题，除了初始条件外，还要考虑合适的边界条件来解决治理问题方程。 为了使分析更简单，不使用周期性边界条件。 但是，使用初始的速度和温度条件。 初始速度设置为0 m / s，这对应于气体区域中没有气体流动，初始温度设置为气隙 气隙 气隙1 1 乐 出 1=2 inS. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016 ） 612-624 617r k n = 0 17r e n = 0图 4.数值模型中使用的计算几何。3.3.4 。 对称边界条件为了减少目前问题中的计算量，仅使用入口，出口和壁边界条件模拟热交换器几何形状的一半。 剩余边界被设置为对称边界平面。 传热中的对称边界的假设使边界上的热通量为零，这意味着边界两侧的温度相等。 本模型中使用的对称边界条件可写为：- n q = 0 室温在T = 298.15K的所有三个领域（鳍，管un = 018和气体域），对应于在初始状态下不传热。3.3.1. 入口边界条件在流场入口处，温度和速度边界条件如下：T = T 10r k n = 0 19r e n = 03.4。 换热器的性能为了评估热性能，包括热传导性能，温度和压力损失，以下性能参数进行数值计算。u 0v-uw 0=; 11 3.4.1 。 整体传热系数整体传热系数（ U）是评估换热器性能的重要参数。 它可以定义为几何域之间交换的总功率3.3.2 。 墙边界条件翅片，管和气体域之间的接触表面是热交换所在的边界。 在现在每单位传热表面积每单位温差20.Q模型，应用壁功能边界条件，其模拟流量变量具有高梯度的壁附近的薄区域。 它通过分析计算壁面处的非零流体速度来弥补湍流区域与湍流区域之间的差距U t ADTLN3.4.2. Colburn j因子20因此墙壁降低了计算需求 17.un = 0 12r k n = 0 e 气体侧传热特性通常由 Colburn j因子（ j） 9,21 这是无量纲传热系数的量度。怒江3 = 43 = 2jv dw13 jRePr1=321假定内管壁温度恒定，温度边界条件设定为：3.4.3. 流阻系数T = T 14机械性能可以通过流动阻力 -作为总压力损失与流动动能的比率。3.3.3 。 出口边界条件在本模型中，出口边界条件设置为Dp1 q u2（ LG 22代表通过出口对流支配的热量传递的气体域。 法线方向的温度梯度为零。 出口处的边界条件可以用热通量来表示为：- n q = 0 15压力边界被设置为指定可忽略的法线2克在 Dh3.4.4. 效率指数换热器设计的性能可以通过效率指标来评估 22 其被定义为平均努塞尔数与压力损失系数（ K）的比率。对出口流量的压力如下： 效率指数 怒江 怒江 23p p 16公斤 （ DPqgu2 应该注意的是，在气体出口处没有假设流体的切向速度和回流。齐次 Neumann条件适用于出口处的湍流变量： 3.4.5. 地区善良因素为了评估热交换器的相对性能（具有不同的热接触面积），无量纲参数 -f( 2克英寸 dj618 S. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016 ） 612-624eter称为 区域优势因素 23,24 被使用，其被定义为：Nu RePrf Dp1曲 2 Lg244. 数值程序和解决方案为 I， II， III和 IV情况开发的数值模型是用控制方程独立求解的（方程式。 (1)(9)），初始值和边界条件（方程 (10)(19)）。 为了解决耦合 RANS和湍流方程，使用基于有限元的商业多物理场仿真软件 COMSOL 5.125。 对所有情况都进行网格独立性研究，并监测整个气体区域温度变化的变化。 图 D.1在附录 D中显示了气体域温度差异随情况一的网格元素数量的变化。 分别为 I， II， III和 IV分别选择 168,902,194,294,199,874 和 232,523个元素的网格。 选定的网格被认为足够精细，可以在合理的时间范围内准确地解决重要的物理现象。 根据 ke湍流模型（具有壁面函数），可以测量从墙壁到相邻网格点的墙壁的无量纲距离，作为粘滞单位的壁面升力，应该始终低于 11.0626,27。 在目前的研究中，我们对网格进行了细化，特别是在靠近墙壁和翅片与管之间的界面处，在墙上得到 11.06的值，这是以可靠的方式解决梯度所需的。 可以看到情况 I的计算几何的有限元网格以及气隙内的精细边界层网格 图 E.1 和 E.2在附录 E.模拟在 64位上执行双Intel Core-i7处理器操作系统，RAM 8 GB，2.8 GHz，计算时间接近 30分钟，达到稳定状态。 对于基于系统计算能力调查的不同情况，这个时间可能会有所不同。 表3列出用于数值求解参考案例I的计算模型的边界值并获得初步结果。 从包含性能参数的数值模型（方程(20) (24)）进行后处理以更好地理解和可视化基本现象学行为（温度和速度分布）。 类似的数值程序被用于研究具有不同程度的翅片和管之间的热接触面积的情况-II，III和IV。 描述获得数值解的过程的计算算法可以参见 附录F.5. 结果与讨论目前的数值研究主要集中在研究翅片和管之间热接触面积的变化程度和翅片管换热器设计的整体性能的影响。 本节描述了针对不同情况获得的数值结果。 由于在目前的工作中模拟了一半的换热器几何结构，所以只给出了模拟几何结构的一半结果，如图所示 图4.表 3边界值用于数值求解模型。描述 符号值 单元内管壁温度 T 453.15 K进气温度 T 573.15 K进气速度 U 9.60 m / s出口气体压力（相对于参考压力） p出 0.0 霸（ a）情况 -I，（ b）情况 -II，（ c）情况 -III和（ d）情况 -IV。在气域中的速度场。5.1. 速度和传热特性图5（a） - （d）分别给出了I，II，III和IV三维气体域的速度大小。 在翅片和管接触区附近形成高速区，而在管和管的下出口侧之间形成几乎零速或死区。 原因归因于这些区域中的气体再循环，这反过来又提供对对流传热的阻力。 从所有情况来看，观察到翅片和管之间的热接触面积的程度仅仅略微影响速度场。 热接触程度对流动剖面的影响可以进一步在图中显示 图6（广告）。 由于翅片和管之间的有限热接触而产生的气隙似乎显着地影响流动曲线。图7（a） - （d）显示了不同情况下所研究的三维翅片管区域的温度分布。 该图表明，在翅片和管子的接触表面附近的区域中，从翅片传导到管壁的热量存在很大的温度梯度。 随着翅片和管之间热接触面积的减小，靠近翅片和管接触的温度梯度倾向于增加; 然而，这受到有限的热接触的抵消并减少了传递的总热通量。 此外，在情况III和IV中，远离翅片和管界面的翅片表面上的较高温度降低了从气体到翅片的热传递。 鳍和管的每单位可用传热表面积的热交换面积的程度对交换的总热量的影响显示在 图8。 结果对于翅片和管之间的热接触区域的改变是明显的，这不仅影响对流热流，而且由于有限的接触导致翅片和管界面处的温度变化而影响导热传导。 对于情况I，较低的翅片表面温度是可见的，这增强了热交换速率和交换的总热通量。S. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016 ）612-62447.332 47.00845.19443.431619（ a）情况 -I，（ b）情况 -II，（ c）情况 -III，以及（ d）情况 -IV的翅片表面附近的速度平面。5100.05000.04900.04800.04700.04600.00% 20% 40% 60% 80% 100%热接触面积（）图 8.翅片和管之间的热接触面积对交换的总热通量的影响。49.0048.0047.00（ a）情况 -I，（ b）情况 -II，（ c）情况 -III和（ d）情况 -IV的翅片和管区域中的温度分布。5.2。 绩效评估热交换器中两种流体之间的热传递通过分隔两种流体的壁所提供的阻力来减轻。 因此，需要在设计热交换器设计时计算总传热系数值。 在本研究中，由气隙产生的热阻46.0045.0044.0043.0042.0041.00 I II III IV很难计算，因为未识别的气体流动行为及其对气隙内传热对流的影响。 因此，不同程度的热接触面积对整个热交换器设计的热效应以及机械性能的影响可以用不同的参数进行数值计算，例如整体传热系数，Colburn j系数，流阻系数和效率指数。图9显示了所研究的每个案例的总传热系数的计算值。 可以看出，由于在情况-II，III和IV中通过有限的热接触面积降低热量传递，总传热系数降低。 同图 9.翅片和管之间的热接触面积对总传热系数的影响。热接触面积减小，气隙面积增加，这进一步有助于传热阻力。 因此，参考案例-I具有47.332W / mK的总传热系数的最高值，接着是具有47.008,45.194和43.431W / m K的情况-II，III和IV，分别。Colburn j因子是使用方程式为每个案例计算的。 (21) 并进行比较分析。 图10显示的程度的影响案例四案例三案例二案例我整体传热系数（W / mK）交换热通量（W / m）620 S. Singh 等人 / Applied Thermal Engineering 107（ 2016
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