题目：低温换热器仿真分析及实验研究

某低温换热器属于某加温系统的一部分，相比使用其它形式加温系统，使用该换热器可有效减少系统重量，提高利用率，大大节省了能源，提高了系统的经济效益。该换热器用于某加温系统，利用液氧加热氦气。此换热器属于管内大温差、变物性的强制对流和管外大温差、变物性自然对流的耦合换热，目前国内尚无应用的先例，需要开展换热器的仿真设计分析。同时由于使用环境的特殊性，为验证仿真分析的正确性，需开展验证性实验研究。本文首先对低温换热器的使用环境和换热过程进行了分析，通过合理的假设将物理问题简化，同时选取了合适的传热关联式，考虑了大温差、变物性的影响，从而提出了换热器采用准稳态设计的方法，并用此方法编制了设计程序，综合考虑结构质量、成形工艺性、焊接工艺性等因素，对换热器进行了设计分析、优化。同时通过CFD模拟，进行了数值仿真计算，通过数值模拟进行了换热状态的分析，对比了几种设计参数对换热的影响分析，确定了最优化的设计参数。为了验证传热计算模型的正确性、实用性，以及换热器设计方案的可靠性；同时实验验证设计数据，保证管外壁液体不固化的壁面条件，本文以冷氦-液氧为工质设计了换热器原理性试验及结霜研究试验，搭建了试验系统。通过原理性实验及计算预测的对比分析表明：本文所用的模型适用于大温差、变物性的换热场合，由此引起的误差大部分在15%以内。