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采用智能进化算法的管壳式换热器详细设计
1
作者 李海东 张奇琪 +4 位作者 杨路 AKRAM Naeem 常承林 莫文龙 申威峰 《化工学报》 北大核心 2025年第1期241-255,共15页
管壳式换热器是石油、化工等过程工业中应用最广泛的热量回收设备,其数学模型通常是十分复杂的非线性优化问题,现有的商业求解器和优化算法存在运算时间长、收敛困难、易陷入局部最优等难题。针对这些难题,参考管壳式换热器制造标准,将... 管壳式换热器是石油、化工等过程工业中应用最广泛的热量回收设备,其数学模型通常是十分复杂的非线性优化问题,现有的商业求解器和优化算法存在运算时间长、收敛困难、易陷入局部最优等难题。针对这些难题,参考管壳式换热器制造标准,将换热器内构件尺寸定义成离散变量,分别以最小化换热面积、年度总费用、环境影响因子及最大化传热效率为目标函数,建立管壳式换热器详细设计的混合整数非线性规划模型。同时,对传统智能进化算法包括遗传算法、粒子群算法及模拟退火算法进行改进,使得换热器设计变量能够在一系列离散值中自由选择,不需要对优化结果进行人工圆整处理。案例测试结果表明,改进的智能进化算法能在1.0 s内得到最优设计方案,相对于全局求解器,优化时间节约99%以上,提高了优化求解效率;相对于局部求解器,改进的智能进化算法能够获取全局最优解,换热面积节约15.4%~56.6%,年度总费用节约15.8%~77.8%,保证设计质量。通过多目标优化在不同目标函数之间进行权衡,通过灵敏度分析展示了不同设计变量对目标函数的影响趋势。 展开更多
关键词 传热 管壳式换热器 优化设计 智能进化算法 多目标优化
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管壳式换热器间隙与折流板参数的影响分析
2
作者 蔡尚峰 闫佳兵 +1 位作者 周利伟 王成 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第20期140-145,共6页
管壳式换热器作为舰船核动力装置重要的换热传导装置,研究壳侧各流程的热流特性,有助于剖析其相互作用机制,并对管壳换热器进行优化设计。本文基于计算流体动力学(CFD)方法,对具有板-壳和板-管间隙、折流板间距和缺口高度的传统单段折... 管壳式换热器作为舰船核动力装置重要的换热传导装置,研究壳侧各流程的热流特性,有助于剖析其相互作用机制,并对管壳换热器进行优化设计。本文基于计算流体动力学(CFD)方法,对具有板-壳和板-管间隙、折流板间距和缺口高度的传统单段折流板管壳式换热器壳程热流特性进行系列仿真对比分析研究。研究发现,板-壳间隙和板-管间隙最大允许值下,旁路泄漏流程A和E占总壳程流通量的34%~40%,平均流速分别降低23%和30%,表面热交换率系数分别降低了35%和13%;阻滞区受折流板间距和缺口高度的共同影响,当折流板之间通流截面面积大于折流板缺口的截面面积时,阻滞区增加;阻滞区相对宽度在H_w/L_b≥0.85时为16%~18%,且变化较小;而当,H_w/L_b<0.85时,其相对宽度急剧增加至约40%。 展开更多
关键词 管壳式换热器 泄漏流 折流板参数 热流特性 阻滞区
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管壳式换热器换热管强化传热研究 被引量：5
3
作者 陈增良 徐伟胜 +4 位作者 丁晨 阮晓 吴哲 王琦超 洪炳沅 《化工设备与管道》 CAS 北大核心 2024年第4期19-30,共12页
研究了油库夏季高温导致的油气回收工艺中吸附罐回收率低、吸收塔解吸效率低、油气回收系统能耗过高以及安全隐患较多等问题。将温度较低的地下水作为冷却水,从实践的角度构建多种强化传热结构的管壳式换热器并采用CFD的方法对其热力学... 研究了油库夏季高温导致的油气回收工艺中吸附罐回收率低、吸收塔解吸效率低、油气回收系统能耗过高以及安全隐患较多等问题。将温度较低的地下水作为冷却水,从实践的角度构建多种强化传热结构的管壳式换热器并采用CFD的方法对其热力学与水力学性能进行多方面探究。结果表明当油气在管壳式换热器壳程中流动时,热流可以获得更好的冷却效果;油气在壳程流动时,CIRF型换热管具有最佳的热力学性能,RAW型换热管具有最佳的水力学性能。综合油气回收工况与计算结果配置CIRF型换热管的管壳式换热器在油气回收工艺中有着较强的适用性,其可以在有效提高油气的冷却效果的同时兼顾换热器的水力学性能。 展开更多
关键词 油气回收 CFD 管壳式换热器 翅片 强化传热
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管壳式换热器流体流动与耦合传热的数值模拟 被引量：25
4
作者 付磊 唐克伦 +2 位作者 文华斌 王维慧 付伶 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2384-2389,共6页
结合化工行业中使用的某型号管壳式换热器的结构图和工艺参数,对换热器的结构进行了合理的简化,利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型。在ANSYS FLUENT14.0数值模拟软件中对换热器的流体流动以及耦合传热进行了数值模... 结合化工行业中使用的某型号管壳式换热器的结构图和工艺参数,对换热器的结构进行了合理的简化,利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型。在ANSYS FLUENT14.0数值模拟软件中对换热器的流体流动以及耦合传热进行了数值模拟,得到管程和壳程流体的流速分布、压降情况、温度场变化的细节信息。该工作对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。 展开更多
关键词 管壳式换热器 流体流动 耦合传热 FLUENT14.0 数值模拟
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管壳式换热器壳侧传热与阻力性能的实验研究与预测 被引量：18
5
作者 谢公南 彭波涛 +4 位作者 陈秋炀 王秋旺 罗来勤 黄彦平 肖泽军 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第21期104-108,共5页
设计并建立了换热器传热与阻力的综合性能实验台,对1种弓形折流板换热器和2种连续螺旋折流板换热器壳侧的传热及阻力性能进行了实验研究,实验介质管侧为水,壳侧为油;同时基于壳侧传热实验数据;应用遗传算法预测了换热器的总换热量。实... 设计并建立了换热器传热与阻力的综合性能实验台,对1种弓形折流板换热器和2种连续螺旋折流板换热器壳侧的传热及阻力性能进行了实验研究,实验介质管侧为水,壳侧为油;同时基于壳侧传热实验数据;应用遗传算法预测了换热器的总换热量。实验结果表明:在相同的壳侧流量下,螺旋折流板换热器的阻力要高于弓型折流板换热器,正进正出螺旋折流板换热器的阻力高于侧进侧出螺旋折流板换热器;螺旋折流板换热器的换热系数高于弓型折流板换热器,侧进侧出螺旋折流板换热器高于正进正出螺旋折流板换热器,而且流量越大这种优势越明显。预测结果表明通过遗传算法得到的传热关联式所得的换热量比采用线性回归所得的更加接近实验数据,表明遗传算法可应用于工程中换热设备性能的预测。 展开更多
关键词 换热 压降 管壳式换热器 实验研究 连续螺旋折流板 预测 遗传算法
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交错螺旋折流板管壳式换热器壳侧传热与阻力性能 被引量：34
6
作者 王秋旺 罗来勤 +3 位作者 曾敏 王良 陶文铨 黄彦平 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期598-601,共4页
对交错搭接螺旋折流板换热器壳侧的流动与传热性能进行了实验研究, 着重研究了内插假管及不同螺旋角度对壳程传热和阻力的影响, 并与传统弓形折流板换热器进行了对比. 结果表明, 假管的存在反而使传热综合性能下降, 同时, 在相同的壳侧... 对交错搭接螺旋折流板换热器壳侧的流动与传热性能进行了实验研究, 着重研究了内插假管及不同螺旋角度对壳程传热和阻力的影响, 并与传统弓形折流板换热器进行了对比. 结果表明, 假管的存在反而使传热综合性能下降, 同时, 在相同的壳侧流量下, 螺旋折流板换热器的壳程阻力和壳侧传热系数均随螺旋角的增大而减少, 且小于同样条件下弓形折流板换热器的相应值. 与弓形折流板换热器相比, 螺旋折流板换热器的特点是单位压降下的壳侧传热系数高. 展开更多
关键词 交错螺旋折流板 管壳式换热器 假管
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管壳式换热器设计及软件开发 被引量：30
7
作者 许光第 周帼彦 +4 位作者 朱冬生 曾力丁 朱凌云 朱辉 郭震 《流体机械》 CSCD 北大核心 2013年第4期38-42,共5页
传统管壳式换热器的设计工作量大、效率低,设计方法比较粗糙,设计偏差较大。本文基于VB6.0编程语言,使用分段设计方法,开发出了管壳式换热器设计软件,该设计方法将换热器按照管壳程结构分为有限个单元,根据工艺条件,求解单元温度分布,... 传统管壳式换热器的设计工作量大、效率低,设计方法比较粗糙,设计偏差较大。本文基于VB6.0编程语言,使用分段设计方法,开发出了管壳式换热器设计软件,该设计方法将换热器按照管壳程结构分为有限个单元,根据工艺条件,求解单元温度分布,依次对每个单元进行设计,进而完成整台换热器的设计,该方法充分考虑了介质物性随温度变化对设计的影响,设计结果与HTRI对比,误差很小。本软件可根据需要进行选型设计,也可以以总传热系数与总压降的比值K/ΔP为评价标准,选取性能最高的换热器结构,完成优化设计。 展开更多
关键词 管壳式换热器 温度分布 分段设计 软件
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考虑管壳式换热器传热强化的换热网络综合研究进展 被引量：11
8
作者 肖武 史朝霞 +4 位作者 姜晓滨 李祥村 吴雪梅 贺高红 罗立 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1267-1275,共9页
换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好... 换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好的经济效果。本文首先通过文献检索数据说明了在换热网络改造和设计中考虑传热强化技术的研究在近5年得到了研究者的关注。然后概述了管壳式换热器传热强化的基本原理及主要方式,分析了传热强化技术的应用对换热器传热性能的影响,系统总结了管壳式换热器传热强化技术的分类和强化效果。进一步从设计和改造两个方面,对换热网络优化中考虑管壳式换热器传热强化的应用研究进行了综述,展示了传热强化对换热网络设计和改造的效果和优势。最后对下一步的研究进行了展望,指出可进一步探究换热器传热强化设备几何尺寸和换热网络同步优化、传热强化和换热器详细设计同步优化等。 展开更多
关键词 传热强化 管壳式换热器 换热网络 设计 改造
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管壳式换热器工艺设计的新挑战 被引量：16
9
作者 刘明言 林瑞泰 +1 位作者 李修伦 黄鸿鼎 《化学工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期16-19,共4页
随着计算机技术的发展,计算机辅助设计法(CAD)和基于计算流体动力学 (CFD)和数值传热学的设计方法将是 21世纪管壳式换热器的 2种主要设计方法;同时,为了进行有效的管壳式换热器工艺设计,还需要面对目前存在的诸如多相流动及传热、最优... 随着计算机技术的发展,计算机辅助设计法(CAD)和基于计算流体动力学 (CFD)和数值传热学的设计方法将是 21世纪管壳式换热器的 2种主要设计方法;同时,为了进行有效的管壳式换热器工艺设计,还需要面对目前存在的诸如多相流动及传热、最优化、传热强化、流体振动、污垢、高粘度流体、物性数据库、湍流、非线性传热、换热器中流动及传热过程的数值模拟等十大挑战性难题,这也是未来的研究方向。 展开更多
关键词 管壳式换热器 工艺设计 计算流体动力学 数值传热 非线性科学
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管壳式换热器壳程流动和传热的数值模拟研究进展 被引量：27
10
作者 吴金星 王定标 +1 位作者 魏新利 刘宏 《流体机械》 CSCD 2002年第5期28-32,共5页
介绍了管壳式换热器壳程流体流动和传热的数值模拟的国内、外研究状况及其发展方向。
关键词 管壳式换热器 流体流动 传热 数学模型 模拟
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三种管壳式换热器传热与流阻性能对比实验研究 被引量：10
11
作者 古新 董其伍 +1 位作者 王珂 刘敏珊 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第13期1611-1615,共5页
弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在流动阻力大和传热死区大等缺点,折流杆换热器壳程流体纵向流动,但当壳程流体雷诺数Re较小时传热性能不佳。为克服上述缺点,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,该换热器壳程... 弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在流动阻力大和传热死区大等缺点,折流杆换热器壳程流体纵向流动,但当壳程流体雷诺数Re较小时传热性能不佳。为克服上述缺点,研究开发了一种新型高效节能的斜向流管壳式换热器,该换热器壳程流体总体呈纵向流动,局部区域流体倾斜冲刷换热管束。对斜向流换热器与折流板换热器和折流杆换热器传热与流阻性能的对比实验研究表明,在同等壳程流体流量下,斜向流管壳式换热器的传热系数、压降和综合性能均介于折流板换热器与折流杆换热器之间。研究结果为管壳式换热器升级换代提供了一种新技术和新装备,也为热力系统中换热器选型和结构优化设计提供了重要依据。 展开更多
关键词 管壳式换热器 强化传热 压力损失 斜向流 实验
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管壳式换热器的一种优化设计 被引量：28
12
作者 杨明 孟晓风 张卫军 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期615-617,648,共4页
换热器的结构优化涉及到多参数的耦合问题.区别于以往优化方法只是将换热器单个性能涉及因素作为目标函数,选取换热器性能涉及因素中的换热体积和换热过程压降损失为优化对象,以湿空气与水热交换作为具体工况条件,分析了管壳式换热器的... 换热器的结构优化涉及到多参数的耦合问题.区别于以往优化方法只是将换热器单个性能涉及因素作为目标函数,选取换热器性能涉及因素中的换热体积和换热过程压降损失为优化对象,以湿空气与水热交换作为具体工况条件,分析了管壳式换热器的传热和压降模型,得到了管壳式换热器设计的优化结果,找到了一种综合考虑换热器体积以及换热过程压降损失的换热器结构设计方法.与普通设计方法相比,该方法可以有效减小换热器体积与传热过程压降损失. 展开更多
关键词 管壳式换热器 传热结构 优化设计
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折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响 被引量：13
13
作者 文宏刚 周帼彦 +1 位作者 朱冬生 覃新川 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期23-26,30,共5页
为了研究单弓形折流板的切口方向对管壳式换热器传热与流动性能的影响,文中通过建立3个不同折流板切口方向的管壳式换热器简化实体模型,运用CFD软件Fluent对管壳式换热器壳程传热与流动状态进行了三维数值模拟。以水为壳程流体介质,在... 为了研究单弓形折流板的切口方向对管壳式换热器传热与流动性能的影响,文中通过建立3个不同折流板切口方向的管壳式换热器简化实体模型,运用CFD软件Fluent对管壳式换热器壳程传热与流动状态进行了三维数值模拟。以水为壳程流体介质,在不断改变壳程进口流速,使得壳程进口雷诺数Re在10 000到70 000范围内变化时,得到了不同状态下的壳程流场与温度场。根据数值模拟结果,以总传热系数α,壳程总压降Δp以及单位压降下的传热系数α/Δp作为综合衡量标准,分析不同折流板切口方向时的管壳式换热器壳程流场与温度场。数值模拟分析结果表明:折流板为垂直切口方向时,管壳式换热器总传热系数最大,压降最小,综合性能最好,另外2种折流板切口方向的管壳式换热器综合性能差不多。 展开更多
关键词 管壳式换热器 数值模拟 传热系数 压降
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管壳式换热器流场数值模拟方法研究 被引量：10
14
作者 付磊 唐克伦 +1 位作者 李良 王维慧 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2013年第1期66-72,共7页
对单弓形折流板式换热器的结构进行合理简化,利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT 14.0数值模拟软件中对其温度场和流场进行数值模拟。将定壁温假设方法与同时考虑壳程和管程流体的两流程耦合计算方... 对单弓形折流板式换热器的结构进行合理简化,利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT 14.0数值模拟软件中对其温度场和流场进行数值模拟。将定壁温假设方法与同时考虑壳程和管程流体的两流程耦合计算方法的模拟结果进行对比,结果表明:同时考虑壳侧和管侧流体流动与传热,更有助于揭示换热器局部温度场变化的实际情况,模拟结果与实际情况吻合较好,能够为管壳式换热器结构优化设计提供更好的参考依据。 展开更多
关键词 管壳式换热器 数值模拟 方法研究 ANSYS FLUENT 14.0软件 流动与传热
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管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟 被引量：74
15
作者 付磊 曾燚林 +1 位作者 唐克伦 贾海洋 《压力容器》 2012年第5期36-41,共6页
利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT 13.0模拟软件中对管壳式换热器的壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到了不同折流板间距及入口流速的情况下换热器壳程流体温度场、速度场和压力场,分... 利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT 13.0模拟软件中对管壳式换热器的壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到了不同折流板间距及入口流速的情况下换热器壳程流体温度场、速度场和压力场,分析了折流板间距及入口流速对换热效率和流体诱导振动的影响,对换热器结构优化设计提出了改进措施。 展开更多
关键词 管壳式换热器 ANSYS FLUENT 13.0 壳程流体 流动与传热 数值模拟
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管壳式换热器强化传热技术概述 被引量：68
16
作者 齐洪洋 高磊 +1 位作者 张莹莹 周辰琳 《压力容器》 2012年第7期73-78,共6页
总结了近年来国内外新型管壳式换热器的研究进展,从管程、壳程、管束三方面介绍了管壳式换热器的发展历程、结构改进及强化传热机理,并与普通弓形折流板换热器进行对比,概括了各式换热器的强化传热特点。最后指出了换热器的研究方向。
关键词 管壳式换热器 强化传热 研究方向
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基于三维实体模型的管壳式换热器壳程流场和温度场数值研究 被引量：23
17
作者 古新 董其伍 王珂 《压力容器》 北大核心 2008年第5期1-5,25,共6页
根据管壳式换热器的结构特点,采用基于管壳式换热器真实三维实体模型的几何建模方案,提出了管壳式换热器周期性全截面计算模型,实现了具有复杂壳程结构的管壳式换热器的数值模拟,克服了现有数值模拟建模方式的一些不足,为再现和模拟管... 根据管壳式换热器的结构特点,采用基于管壳式换热器真实三维实体模型的几何建模方案,提出了管壳式换热器周期性全截面计算模型,实现了具有复杂壳程结构的管壳式换热器的数值模拟,克服了现有数值模拟建模方式的一些不足,为再现和模拟管壳式换热器壳程的真实流动状况,以及分析各种构件对壳程流体流动和传热性能的影响提供了良好的辅助手段。在综合考虑折流杆换热器壳程流体流动与传热的多方面影响因素下,提出了对折流杆换热器周期性单元流道模型的修正算法,改进和完善了折流杆换热器周期性单元流道计算模型的实用性和适用性。 展开更多
关键词 管壳式换热器 周期性 计算模型 数值模拟 修正算法
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管壳式换热器壳程传热强化研究 被引量：7
18
作者 赵晓曦 邓先和 +1 位作者 陈颖 王杨君 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2001年第7期14-17,共4页
壳程的传热强化是管壳式换热器传热强化的一个重要方面。回顾了管壳式换热器壳程传热强化研究的发展。从流场和温度场协同配合作用的角度出发 ,研讨高效强化传热管的发展途径。指出壳程结构的优化必然同强化管束的优化组合相联系 。
关键词 管壳式换热器 强化管 壳程结构 计算 流体力学 传热强化
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管壳式换热器研究进展 被引量：24
19
作者 董其伍 刘敏珊 苏立建 《化工设备与管道》 CAS 2006年第6期18-22,共5页
根据国内外现有的管壳式换热器的发展情况,着重介绍了管壳式换热器的发展进程和现状,并且分析比较了它们的优缺点。
关键词 管壳式换热器 折流板 自支承 折流杆
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管壳式换热器模拟中壁面函数选择分析 被引量：25
20
作者 董其伍 谢建 +1 位作者 刘敏珊 王永庆 《石油机械》 北大核心 2009年第2期41-44,共4页
为了比较不同壁面处理方法对管壳式换热器壳侧流体流动和传热的影响,建立了折流板换热器壳侧数值模型,应用大型CFD软件Fluent对其在湍流流动下的流动与传热特性进行数值计算,并将数值计算结果与试验数据进行对比。结果表明,在相同边界... 为了比较不同壁面处理方法对管壳式换热器壳侧流体流动和传热的影响,建立了折流板换热器壳侧数值模型,应用大型CFD软件Fluent对其在湍流流动下的流动与传热特性进行数值计算,并将数值计算结果与试验数据进行对比。结果表明,在相同边界条件下,选择不同壁面处理方法,所得计算结果有一定的差别,并且主要差别发生在进口段及折流板附近流体流动发生剧烈变化的区域,但3种壁面处理方法均满足工程计算需要,其中采用增强壁面函数法模拟结果与试验结果最为接近,能更为准确地计算折流板换热器壳侧复杂流动。 展开更多
关键词 管壳式换热器 数值模拟 壁面函数 CFD
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