换热器管束流体力学与传热

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出版者:中国石化出版社
作者:钱颂文
出品人:
页数:216
译者:
出版时间:2002-1-1
价格:25.00
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787801641434
丛书系列:
图书标签:
  • 换热器
  • 管束
  • 流体力学
  • 传热
  • 传热管
  • 流体流动
  • 热交换
  • 工程应用
  • 数值模拟
  • 工业设备
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具体描述

本书介绍管壳式换热器的管束类型、结构、流体力学与传热以及管束流体诱导振动。其内容围绕“管束”这一结构,这是管壳式换热器的核心,在国内外,无论是理论还是设计方面都还十分薄弱。本书论证了分流工和双壳程管束,纵向流折流杆管束和折流杆冷凝、沸腾,无折流板(杆)针翅管束等这一系列新型结构的管束流体流动和传热;还介绍了高温管束的辐射传热计算和“辐射-对流-导热”传热强化;最后介绍了管束流体再分布弹性不稳定诱导振动的机理和方程。内容新颖,而且结合作者数十年的科研成果编写成,大多数论文已发表在国内外主要刊物上,且部分论文已收录入国际三大检索EI和ISTP中。本书可作化工机械、设备和化学工程等专业硕士和博士研究生教材;过程装备及控制工程方向大学本科生选科教材;也可供化工、轻工以及热能等方面专业的学生参考。对从事化工、热能等有关方面的设计、研究院所,以及生产部门、工厂工程师和技术人员亦有参考价值。

《流体动力学与传热:基础理论与工程应用》 本书旨在系统阐述流体力学与传热学的核心原理,并探讨其在各类工程领域的实际应用。全书内容涵盖了从基础概念到复杂现象的广泛研究,为读者构建一个坚实的理论框架。 流体力学部分 流体力学作为一门研究流体(液体和气体)运动及其受力规律的学科,是理解许多工程现象的关键。本书将首先深入探讨流体的基本性质,包括密度、粘度、表面张力、可压缩性等,并分析这些性质如何影响流体的行为。 随后,我们将详细介绍流体的静力学,重点分析作用在静止流体上的压力分布、浮力原理以及阿基米德定律。这些概念是理解水坝设计、船舶浮力等问题的基础。 接着,本书将进入流体动力学的核心内容。我们将从最基本的流体运动描述方法入手,介绍拉格朗日描述和欧拉描述,并引出速度场、流线、迹线、涡线等重要概念。欧拉方程和纳维-斯托克斯方程作为描述流体运动的控制方程,将进行详细的推导和解释,并讨论其在不同流体流动条件下的简化形式,如伯努利方程在理想流体流动中的应用。 本书还将深入剖析粘性流动的特性,包括层流和湍流的产生机制、判据(如雷诺数)以及两者的差异。我们将探讨边界层理论,理解粘性效应对流动的影响,以及如何计算壁面剪切力。此外,对于湍流,我们将介绍其统计特性、平均概念以及常用模型,如雷诺平均模型。 流体流动中的阻力和升力是工程应用中至关重要的概念。本书将详细分析圆柱体、平板、翼型等常见物体绕流时的阻力来源(摩擦阻力和压差阻力),以及升力的产生机制。通过对流动分离、涡的形成等现象的分析,帮助读者理解如何优化结构设计以减小阻力或增大升力。 本书还将涵盖一维、二维和三维流动,以及不可压缩流和可压缩流。对于可压缩流,我们将讨论马赫数、激波、膨 পদার্থের膨胀波等重要概念,这对于航空航天、高速流体机械等领域的研究至关重要。 传热学部分 传热学研究热量在不同介质中的传递过程,是能源利用、热管理和过程控制的核心。本书将系统介绍三种基本传热方式:热传导、对流传热和辐射传热。 热传导部分将从傅里叶定律出发,深入分析导热机理。我们将探讨傅里叶导热定律在稳态和瞬态情况下的应用,以及傅里叶导热方程的推导与求解。本书将详细介绍导热系数、热阻等概念,并分析不同材料的导热特性。我们会考察一维、二维和三维稳态导热问题,例如平板、圆柱体和球体的稳态导热。对于瞬态导热,我们将讨论如何分析非稳态温度场的演变,如物体快速加热或冷却时的过程。 对流传热部分将聚焦于流体运动对热量传递的促进作用。我们将区分自然对流和强制对流,并介绍对流传热的特点。核心概念如努塞尔数、普朗特数、雷诺数等无量纲准则数将在本书中得到详细阐述,揭示其在对流传热分析中的重要作用。我们将分析不同几何形状(平板、圆管、翅片等)和流动条件下的对流传热系数,并介绍层流对流和湍流对流的计算方法。同时,我们将探讨膜理论、边界层理论在对流传热分析中的应用。 辐射传热部分将介绍物体之间无需介质的热量传递方式。我们将从黑体辐射定律(普朗克定律、斯特藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律)出发,理解不同温度下物体的辐射特性。本书将引入表面发射率、吸收率、半透明材料的辐射特性以及辐射率等概念。我们将分析视图因子,用于计算复杂几何形状下表面之间的辐射能量交换。此外,本书还将讨论辐射换热在真空环境(如航天器)和高温过程(如燃烧室)中的重要性,以及如何利用辐射换热器进行能量回收。 流体与传热的耦合 本书的另一个重点在于流体流动与传热之间的相互作用。许多工程问题中,流体的运动直接影响传热效率。我们将探讨流场特性(如速度分布、湍流强度)如何影响对流传热系数。例如,在强制对流中,流速的增加通常会显著提高传热速率。我们会研究不同流动模式(如周期性流动)对传热的影响。 工程应用 在理论基础之上,本书将重点介绍流体力学与传热学在广泛的工程领域的应用,包括: 能源工程: 发电厂的锅炉、汽轮机、冷却系统;太阳能集热器;地热能利用等。 化工与冶金: 反应器设计、分离设备、加热炉、熔炼炉等。 航空航天: 飞机翼型设计、火箭发动机热管理、飞行器外壳的空气动力学加热等。 建筑工程: 建筑物的通风与空调系统(HVAC)、隔热材料设计、室内空气质量控制等。 电子设备散热: 芯片散热器设计、电子设备内部的强制对流冷却等。 环境工程: 大气扩散模型、水体混合与热量输送、污染物控制等。 通过对这些实际案例的分析,读者将能够更深入地理解流体力学与传热学理论的实际价值,并学会如何运用这些知识解决复杂的工程问题。本书旨在为机械工程、热能工程、航空航天工程、化学工程等专业的学生和研究人员提供一本全面且实用的参考书籍。

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这本书的语言风格极其沉稳、严谨,透露出作者多年一线研发的深厚底蕴,完全没有一般技术书籍那种浮于表面的宣传口吻。当我翻阅到关于“换热器管束的结构完整性与流致振动(FIV)”这一章时,我立刻被那种对安全工程的敬畏感所感染。作者没有轻描淡写地提及“可能发生振动”,而是详细分析了流体力学激励力(如涡街脱落、间歇冲击)与结构动力学响应的耦合机制,并给出了清晰的稳定性判据——Strouhal数与结构固有频率的比值分析。最让我印象深刻的是,书中引用了多个真实工业事故的案例,深入剖析了失效链条,这远远超出了单纯的传热学范畴,直接触及了机械可靠性工程的核心。这种对工程安全极限的尊重和深度挖掘,使得这本书的理论推导具有了近乎法律条文般的权威性,它强迫读者必须在追求最高热效率的同时,将结构安全置于首位。读完之后,我对设计一个“好用”的换热器,与设计一个“安全长寿”的换热器之间的权衡,有了全新的、更具责任感的理解。

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说实话,我过去在处理污垢对换热性能影响时,总是感觉文献中给出的模型过于理想化,无法准确预测实际工业装置的衰减速率。这本书在“传热恶化与污垢机理”这一章节的处理上,彻底颠覆了我的看法。作者非常细致地区分了机械冲刷、化学沉积和生物膜形成这三种主要污垢类型的物理过程,并分别建立对应的热阻模型。特别是关于湍流边界层中颗粒物输运的对流-扩散方程,以及如何将壁面剪切力与沉积速率耦合起来的数学描述,清晰得令人信服。我注意到书中对不同流体粘度梯度对污垢层热阻影响的修正项进行了量化分析,这对于处理高粘度流体(如重油或聚合物溶液)的换热器设计至关重要。以往,我们只能靠经验打折,而现在,我有了可以基于物理原理进行计算的依据。这本书的价值在于,它将一个原本被视为“黑箱”的工程难题,分解成了可以被精确建模和预测的子系统,这对于提升我们的设备运行可靠性和维护周期规划,提供了不可替代的技术支撑。

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这本书的排版和逻辑结构,对于我这个偏爱自学和系统性学习的读者来说,简直是一场视觉和认知的盛宴。它的叙事节奏把握得非常到位,从最基础的单管绕流,逐步递进到多管束的复杂串扰效应。我特别喜欢它在引入新概念时所采用的“先现象描述,后理论推导,再工程应用”的三段式结构。例如,在讲解壳侧流动的“喷射效应”(Jetting Effect)时,作者没有急于给出复杂的数学公式,而是首先展示了不同挡板开窗率下,流线在管间通道的剧烈偏转图像,这种直观性极大地降低了理解难度。而且,它对不同几何参数(如挡板间距、开窗面积比等)的敏感性分析,采用了大量易于解读的参数化图表,而不是堆砌冗长的公式。这使得我能快速定位到影响我项目关健参数的范围。更值得称赞的是,书中对新兴技术的跟进速度。对于诸如管内插片或螺旋纹增强换热等主动扰流措施的探讨,它不仅梳理了现有的研究成果,更重要的是,它提出了未来研究可能突破的方向,这显示了作者深厚的学术功底和对行业前沿的敏锐洞察力,而非仅仅是知识的搬运工。

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这部名为《换热器管束流体力学与传热》的书籍,从我一个深度工程应用者的角度来看,它在理论深度和实践指导性上达到了一个令人赞叹的平衡。我尤其欣赏作者对于复杂湍流模型在管束结构中应用的深入剖析。比如,书中对二次流结构在换热管束中的形成机制,以及这些结构如何影响壁面剪切力和热边界层分离的探讨,简直是教科书级别的。它没有停留在简单的Nusselt数关联式上打转,而是深入到了微观尺度的流场畸变。我记得有一次在设计一个高剪切应力要求的换热器时,遇到了管束间窜流导致的局部过热问题,市面上的许多手册仅仅给出了经验性的修正系数。然而,这本书中关于不同绕流模式下,管外流体速度场的精细化CFD模拟结果和实验验证数据,为我提供了直接的、基于物理机制的解决方案。特别是对于非对称管束布置(如错排与并排的过渡区域)的详细分析,这在很多通用教材中往往被简化处理了。作者对流固耦合效应的提及也十分及时,考虑到在高温高压工况下,管束的微小振动对传热性能的长期影响,这本书的视野非常开阔,绝对值得作为专业工程师的案头必备参考。

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对于一个致力于热力系统优化和节能减排的研究人员来说,这本书在计算方法论上的详尽论述,是其核心竞争力所在。我不是一个纯粹的CFD工程师,但我需要理解数值模拟结果的可靠性。这本书出色地完成了“架桥”的工作,它详细介绍了有限体积法求解Navier-Stokes方程时,在处理管束复杂几何体网格划分的难点,特别是对于动网格技术在模拟管束振动时的应用。它没有停留在理论层面,而是给出了针对常见软件(如Fluent或STAR-CCM+)在设置边界条件时需要特别注意的陷阱和优化技巧。例如,它指出在模拟壳侧时,如何选择合适的湍流模型($k-epsilon$ vs. $SST k-omega$)来更准确地捕捉回流区和涡旋脱落的强度,这一点至关重要。更妙的是,书中还穿插了大量的“反例”分析,展示了不恰当的数值设置如何导致完全错误的传热预测结果。这使得这本书不仅仅是一本传热学专著,更像是一本高级数值模拟的“实战指南”,大大缩短了我们将理论模型转化为可信仿真结果的周期。

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