同轴套管式换热器动态换热模型及其敏感性分析研究

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1、学校代号10532学号S150100005分类号TU831.6密级公开硕士学位论文同轴套管式换热器动态换热模型及其敏感性分析研究学位申请人姓名梁新宇培养单位土木工程学院导师姓名及职称张泉教授学科专业供热、供燃气、通风及空调工程研究方向空调仿真及优化技术论文提交日期2018年5月26日学校代号：10532学号：S150100005密级：公开湖南大学硕士学位论文同轴套管式换热器动态换热模型及其敏感性分析研究学位申请人姓名：梁新宇导师姓名及职称：张泉教授培养单位：土木工程学院专业名称：供热、供燃气、通风及空调工程

2、论文提交日期：2018年5月26日论文答辩日期：2018年5月29日答辩委员会主席：李念平教授同轴套管式换热器动态换热模型及其敏感性分析研究Studyondynamicheattransfermodelandsensitivityanalysisofhelicallycoiledtube-in-tubeheatexchangerwithcorrugatedinnertubebyLIANGXinyuB.E.(NorthChinaElectricPowerUniversity)2015Athesissubmit

3、tedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinHeating，VentilatingandAirConditioningEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHANGQuanMay，2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标

4、注引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□

5、，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I同轴套管式换热器动态换热模型及其敏感性分析研究摘要经济的飞速发展，对能源的需求也持续增长，能源紧缺是世界共同关心的问题。换热器在工业生产中占有重要地位，因此开发、利用和优化高性能的换热器对解决能源紧缺问题有重要意义。同轴套管式换热器作为一种新型换热元件，在普通套管式换热器的基础上增加了螺纹和螺旋两个结构特征，减少占地面积的同时提高了换热效率，在制冷空调行业中得到了广泛应用。本文针对

6、同轴套管式换热器进行了以下研究：首先，建立同轴套管式换热器的稳态和动态数值换热模型，即分别对内管流体、环管流体以及管壁的控制方程进行离散求解，其中制冷剂采用反映两相流体间速度滑移的近分相流模型，对于同轴套管式换热器流动和换热关联式的处理，本文在水平光滑管经验关联式的基础上综合考虑波纹和螺旋结构的影响，分别应用线性叠加方法和调和平均叠加方法估算同轴套管式换热器的摩擦因子和换热系数。其次，为验证该数值换热模型的准确性，引用Ndiaye的实验数据，分别对蒸发模式和冷凝模式下的稳态工况以及压缩机启动阶段换热器进口制

7、冷剂流量变化的动态工况进行了验证。结果表明：稳态工况下，近分相流换热模型能够准确预测换热器的出口参数，且模型采用调和平均叠加方法与线性叠加方法的计算结果差异较小，所得换热器出口制冷剂压力、焓以及水温与实验数据的相对误差均在7%以内；动态工况下，近分相流换热模型能够准确预测换热器的动态换热过程，且调和平均叠加方法的计算精度高于线性叠加方法。最后，基于该换热器的稳态模型，对其进行了敏感性分析和结构优化。首先根据正交试验设计原理，以该换热器的阻力损失和换热量为试验指标，制定了5因素（波纹管的波深、波距、螺旋角、盘

8、管的螺旋节距、螺旋直径）3水平的正交试验，对18种结构参数的换热器进行模拟分析，其次对试验结果应用极差分析和方差分析进行处理，得出各试验因素对试验指标影响的趋势、主次顺序、影响程度以及最优结构参数组合，最后利用节能评价准则对正交试验的最优结构参数组合进行了验证分析。结果表明：蒸发模式下，各因素对换热量的影响较小，但波纹管的波深、波距和螺旋角对阻力损失的影响较大；冷凝模式下，仅波纹管的波深对换热量的影响较大，但各因