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管壳式换热器数值模拟研究的开题报告

一、选题背景

管壳式换热器是石油化工、化工、冶金、能源等领域中常见的一种热交换设备，广泛应用于化工工艺中的冷却、加热、回收废热等过程。在实际应用中，管壳式换热器的热效率与传热性能是其优劣的重要指标。针对管壳式换热器的热效率与传热性能进行数值模拟和优化设计，对于提高其传热效率和工作稳定性具有重要作用。

二、研究内容和目的

本课题主要研究管壳式换热器的热效率和传热性能，通过数值模拟的方法，探索不同流体的流动方式、流速、介质物性等参数对管壳式换热器的传热特性的影响，进而优化设计管壳式换热器，提高其传热效率和工作稳定性。

本课题的具体研究内容包括：

1.建立管壳式换热器的数值模型，模拟管壳式换热器内流体的流动特性和传热性能。

2.系统分析管壳式换热器内传热过程中的传热机理和换热特性，探索不同流体流动方式、流速、介质物性等参数对传热性能的影响。

3.通过数值计算优化设计管壳式换热器的结构参数和流体流动方式，提高其传热效率和工作稳定性。

本课题旨在通过管壳式换热器的数值模拟研究，深入了解管壳式换热器应用中存在的问题，优化设计管壳式换热器，提高其传热效率和工作稳定性，推动管壳式换热器在化工工艺中的应用和发展。

三、研究方法和技术路线

本课题采用数值模拟的方法研究管壳式换热器的传热特性和优化设计。

具体的研究方法和技术路线如下：

1.建立管壳式换热器的数值模型。根据管壳式换热器的工作原理，建立数学模型，采用CFD等数值模拟软件，模拟流体在管壳式换热器内的流动特性和传热性能。

2.系统分析管壳式换热器内传热过程中的传热机理和换热特性。通过数值模拟，对管壳式换热器内的流体动力学、热力学和传热学过程进行分析，探索不同流体流动方式、流速、介质物性等参数对传热性能的影响。

3.优化设计管壳式换热器的结构参数和流体流动方式。在系统分析的基础上，通过数值计算和实验验证，优化设计管壳式换热器的结构参数和流体流动方式，提高其传热效率和工作稳定性。

四、预期成果

1.建立管壳式换热器的数值模型，模拟管壳式换热器内流体的流动特性和传热性能。

2.确定不同流体流动方式、流速、介质物性等参数对管壳式换热器传热特性的影响。

3.通过数值计算和实验验证，优化设计管壳式换热器的结构参数和流体流动方式，提高其传热效率和工作稳定性。

4.提出可供工程应用的优化方案，推动管壳式换热器的应用和发展。

五、进度安排

本课题的研究计划时间为12个月，具体进度安排如下：

第1-2个月：文献调研和数值模拟软件学习。

第3-5个月：建立管壳式换热器的数值模型，模拟流体在管壳式换热器内的流动特性和传热性能。

第6-8个月：系统分析管壳式换热器内传热过程中的传热机理和换热特性，确定影响传热特性的参数。

第9-10个月：通过数值计算和实验验证，优化设计管壳式换热器的结构参数和流体流动方式。

第11-12个月：撰写论文、总结研究成果。

六、参考文献

1.GuofengX.,QiandongZ.Heattransferenhancementofshell-and-tubeheatexchangerwithtriangularwingletvortexgenerator.InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2015,82(1):573–582.

2.HaolinS.,KaihuaH.Numericalsimulationandoptimizationofflowandheattransfercharacteristicsforshell-and-tubeheatexchanger.InternationalCommunicationsinHeatandMassTransfer,2016,79:58–66.

3.BinL.,PingC.Effectofdifferentbaffleconfigurationsontheheattransferenhancementinashell-and-tubeheatexchanger.InternationalJournalofThermalSciences,2018,129(1):369–380.

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