本文關(guān)鍵詞：徑向熱管傳熱特性的實驗研究與數(shù)值模擬

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【摘要】：我國工業(yè)生產(chǎn)中存在大量含腐蝕性氣體的余熱煙氣無法有效回收利用,因此裝置徑向熱管的換熱設(shè)備應(yīng)運而生。徑向熱管以其良好的傳熱特性以及套管式結(jié)構(gòu)可以有效防護露點腐蝕造成的危害。除此之外,徑向熱管還廣泛應(yīng)用于組合式換熱器與高溫熱管生長爐當中。本文以無吸液芯同軸徑向熱管為研究對象,探討了管外溫度分布與傳熱過程的影響因素,并對熱管在不同工況條件下的換熱效果做出分析與比較,具體內(nèi)容如下:(1)通過實驗研究,得到了熱管外壁溫度分布與輸出功率的變化規(guī)律,結(jié)果表明熱管上側(cè)溫度相比底側(cè)較高,并且外壁平均溫度隨著加熱功率的增加和流量的減小而上升,有不凝氣體進入熱管夾層的徑向熱管與光管的輸出功率明顯低于夾層處于真空狀況的熱管,并且在正常工況下管徑60 mm充液率30%熱管的輸出功率最大。(2)利用matlab12軟件,進行實驗數(shù)據(jù)的多項式回歸,得到了綜合傳熱系數(shù)與爐溫-熱管外徑的擬合公式。并由擬合曲線得出在在43 mm-60 mm管徑區(qū)間中,直徑60 mm條件下的徑向熱管換熱效果最佳。(3)對徑向熱管內(nèi)部的蒸發(fā)-冷凝過程進行重點分析,推導出工質(zhì)的平均冷凝換熱系數(shù)(?)與沸騰換熱系數(shù)(?)。建立了徑向熱管的熱阻模型,對熱管的傳熱特性進行研究;采用VOF模型對徑向熱管截面進行可視化模擬,為了使得模擬過程中的蒸發(fā)-冷凝現(xiàn)象更為明顯考慮了表面張力在壁面上對液膜的作用,并基于Hertz-Knudsen方程編寫了相變UDF程序。(4)運用VB程序?qū)较驘峁軅鳠崽匦耘c軸向溫度分布進行分析,模擬結(jié)果表明,管外溫度分布趨勢和冷卻水輸出功率與實驗中基本一致。模擬得到了不同工況條件下各傳熱環(huán)節(jié)熱阻,發(fā)現(xiàn)凝結(jié)液膜導熱熱阻與冷卻水對流換熱熱阻是影響熱管換熱的關(guān)鍵因素,分析了液膜厚度與傳熱熱阻隨流量與爐溫的變化規(guī)律。(5)基于Fluent軟件對熱管截面進行了可視化模擬。使用C語言編寫UDF程序添加相變過程模擬的質(zhì)量和能量源項,加入表面張力模型CSF,并對工質(zhì)進行變物性處理,建立VOF多相流模型,模擬通過液相體積分數(shù)云圖分析了氣液相變規(guī)律,通過比較上下壁面平均溫度發(fā)現(xiàn)實驗與模擬值的誤差均小于10%。
【關(guān)鍵詞】：徑向熱管 數(shù)學模型 傳熱特性 實驗研究 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK172.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.1.1 熱管的發(fā)展與應(yīng)用9-11
• 1.1.2 徑向熱管的結(jié)構(gòu)與工作原理11
• 1.2 徑向熱管研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 理論研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.2 應(yīng)用研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2.1 徑向熱管省煤器16-17
• 1.2.2.2 組合型換熱器17
• 1.2.2.3 高溫熱管生長爐17-18
• 1.3 本課題研究內(nèi)容18-20
• 第二章 同軸無吸液芯徑向熱管實驗研究20-40
• 2.1 徑向熱管換熱機理20
• 2.2 徑向熱管實驗系統(tǒng)20-22
• 2.3 熱管制作工藝22-23
• 2.4 測量系統(tǒng)不確定度分析23-24
• 2.5 實驗結(jié)果與分析24-39
• 2.5.1 啟動實驗24-25
• 2.5.2 熱管外壁面溫度分布25-32
• 2.5.2.1 不同尺寸型號條件下的溫度分布25-29
• 2.5.2.2 不同充液率下的溫度分布29-30
• 2.5.2.3 特殊條件下的溫度分布30-32
• 2.5.3 冷卻水出口溫度與輸出功率32-35
• 2.5.4 徑向熱管的傳熱特性分析35-39
• 2.5.4.1 徑向熱管綜合傳熱系數(shù)35-38
• 2.5.4.2 等效換熱系數(shù)與熱管外徑的實驗關(guān)聯(lián)式38-39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 第三章 徑向熱管理論分析與數(shù)學模型推導40-55
• 3.1 熱管冷凝與蒸發(fā)過程理論分析40-43
• 3.1.1 水平管外膜狀凝結(jié)換熱系數(shù)40-42
• 3.1.2 管內(nèi)蒸發(fā)換熱系數(shù)42-43
• 3.2 徑向熱管傳熱熱阻分析43-47
• 3.3 徑向熱管數(shù)值計算模型的建立47-53
• 3.3.1 數(shù)值模擬軟件47-48
• 3.3.1.1 CFD模擬軟件介紹47
• 3.3.1.2 自定義函數(shù)UDF介紹47-48
• 3.3.2 多相流模型的選擇48-49
• 3.3.3 表面張力模型49-50
• 3.3.4 相變模型50-52
• 3.3.5 控制方程52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第四章 同軸無吸液芯徑向熱管數(shù)值模擬研究55-71
• 4.1 徑向熱管傳熱特性模擬分析55-62
• 4.1.1 模擬計算數(shù)學模型55-57
• 4.1.2 計算過程與結(jié)果分析57-62
• 4.2 熱管徑向截面可視化模擬62-70
• 4.2.1 徑向熱管截面模型網(wǎng)格劃分62-63
• 4.2.2 邊界條件與初始化條件63-64
• 4.2.3 求解方法與條件64-65
• 4.2.4 模擬結(jié)果與分析65-70
• 4.2.4.1 氣液兩相體積分數(shù)分布65-66
• 4.2.4.2 溫度場分布66-70
• 4.3 本章小結(jié)70-71
• 第五章 結(jié)論與展望71-73
• 參考文獻73-78
• 碩士期間發(fā)表論文情況78-79
• 致謝79

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