本文關(guān)鍵詞：冰漿在管道中流動換熱特性的研究

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【摘要】：冰漿是一種冰粒直徑不大于1×10-3 m的冰水混合物,具有可流動、可泵送的特點(diǎn),因此,可在集中供冷領(lǐng)域作為新型載冷劑使用;冰漿在換熱過程中伴隨相變,潛熱高達(dá)3.35×105 J/kg,能量密度較高,因此在動態(tài)冰蓄冷領(lǐng)域內(nèi)具有較好的應(yīng)用前景。然而,由于冰漿存在流動換熱規(guī)律不確定等難點(diǎn)問題,其應(yīng)用程度受到很大限制。研究流動、換熱特性的目的在于減小流動中能量損失、提高換熱系數(shù)。本文立足加快冰漿的實(shí)際應(yīng)用,針對冰漿在管道中的流動、換熱問題,從數(shù)值模擬和實(shí)驗分析兩方面展開研究。論文主要內(nèi)容如下:(1)數(shù)值模擬:包括網(wǎng)格劃分和流體計算兩部分。首先,對管道進(jìn)行六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格質(zhì)量在0.7以上。其次,采用Fluent軟件進(jìn)行流體計算,兩相選用Euler-Euler雙流體模型,將冰粒作為顆粒相處理,顆粒直徑設(shè)定為1×10-4m。換熱模擬考慮冰粒的相變特點(diǎn),編寫UDF程序,導(dǎo)入求解器。以含冰率、流速和管徑為變量,模擬冰漿在直管、90°彎管和三叉管中的流動情況,得到壓降曲線、溫度分布云圖,并進(jìn)行比較分析。流動模擬結(jié)果表明,壓降隨著含冰率與流速的增大而增大,隨著管徑增大而減小。與實(shí)驗數(shù)據(jù)的誤差不超過20%;阻力部件處出現(xiàn)壓力最低區(qū),表明壓降損失劇烈。換熱模擬結(jié)果表明,在阻力部件處冰漿溫度最高,或焓值最大,則能量損失嚴(yán)重。(2)為預(yù)測和防止冰堵風(fēng)險,對直管內(nèi)冰粒濃度分布進(jìn)行數(shù)值模擬,彌補(bǔ)了實(shí)驗手段在該方面研究的不足。模擬得到管道內(nèi)冰粒、水的分布云圖受流速、含冰率的影響規(guī)律。繪制最值濃度-速度曲線,由此提出第一臨界速度(約為1~2m/s)和第二臨界速度(約為10m/s)的概念,介于兩臨界速度之間即為不發(fā)生冰堵的安全速度。為冰堵風(fēng)險分析提供了一定的參考和依據(jù)。(3)搭建冰漿流動換熱實(shí)驗裝置,包括三部分:冰漿制取裝置、流動換熱實(shí)驗段、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。流動實(shí)驗:以管道形狀、流速和含冰率為變量,分析壓降的變化規(guī)律。結(jié)果表明,隨著管道形狀的阻力程度的增大,流動壓降呈非線性增加,其中三叉管壓降最大,彎管次之,直管最小。而在同一形狀的管道內(nèi),流動壓降隨著流速和含冰率的增大而增大。以上結(jié)果與模擬結(jié)果較一致。換熱實(shí)驗:研究直管在定熱流邊界條件下,換熱溫差、表面換熱系數(shù)隨熱流密度、流速變化的規(guī)律。結(jié)果表明,換熱溫差隨著流速增大而減小,隨著熱流密度的增大,先升高后降低;表面換熱系數(shù)隨著流速和熱流密度的增加而增加,且隨著熱流密度增大,換熱系數(shù)的增長率變大。
【關(guān)鍵詞】：冰漿 流動換熱 冰堵風(fēng)險 數(shù)值模擬 實(shí)驗研究
【學(xué)位授予單位】：天津商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 符號說明表9-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 冰漿在各領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用13-16
• 1.3 冰漿傳統(tǒng)制取方式及裝置16-21
• 1.3.1 傳統(tǒng)方式16-19
• 1.3.2 近年新型制冰方式19-21
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-26
• 1.4.1 冰漿在直管中的流動換熱特性分析21-24
• 1.4.2 冰漿在復(fù)雜管道中的流動換熱特性研究24-26
• 1.5 課題主要展開工作26-27
• 1.6 本章小結(jié)27-29
• 第二章 流動換熱理論及經(jīng)驗公式29-37
• 2.1 冰漿物性參數(shù)分析29-32
• 2.1.1 密度和粘度29-31
• 2.1.2 含冰率的計算31
• 2.1.3 導(dǎo)熱系數(shù)31
• 2.1.4 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和Nu數(shù)31-32
• 2.2 固液兩相流及顆粒動力學(xué)理論32-35
• 2.2.1 質(zhì)量守恒33
• 2.2.2 動量守恒33-35
• 2.3 本章小結(jié)35-37
• 第三章 冰漿在直管中流動換熱特性模擬37-45
• 3.1 誤差分析37-38
• 3.2 壓降受流動參數(shù)的獨(dú)立影響38-42
• 3.2.1 流速對壓降的影響39-40
• 3.2.2 管長對壓降的影響40-41
• 3.2.3 管徑對壓降的影響41
• 3.2.4 含冰率對壓降的影響41-42
• 3.3 管內(nèi)冰粒分布情況42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 復(fù)雜管道流動換熱特性模擬及冰堵分析45-61
• 4.1 彎管的流動換熱特性45-49
• 4.1.1 流動參數(shù)分析45-47
• 4.1.2 換熱分析47-49
• 4.2 三叉管流動換熱特性數(shù)值模擬49-51
• 4.3 冰堵風(fēng)險預(yù)測51-59
• 4.3.1 固體冰粒分布51-55
• 4.3.2 最大冰粒濃度和最小冰粒濃度確定55-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 第五章 冰漿流動換熱實(shí)驗臺搭建61-69
• 5.1 實(shí)驗原理和目的61
• 5.2 實(shí)驗臺搭建61-66
• 5.2.1 冰漿制取實(shí)驗臺61-62
• 5.2.2 流動換熱實(shí)驗測試段62-66
• 5.3 實(shí)驗設(shè)計66
• 5.4 實(shí)驗方法及步驟66-67
• 5.5 實(shí)驗數(shù)據(jù)處理67-68
• 5.6 本章小結(jié)68-69
• 第六章 實(shí)驗結(jié)果及分析69-79
• 6.1 流變特性測量69-74
• 6.1.1 冰堵現(xiàn)象觀察69
• 6.1.2 管道形狀的影響69-71
• 6.1.3 流速和含冰率的影響71-72
• 6.1.4 與模擬結(jié)果的比較72-74
• 6.2 換熱實(shí)驗74-78
• 6.2.1 流速的影響75-76
• 6.2.2 熱流密度的影響76-78
• 6.3 小結(jié)78-79
• 第七章 結(jié)論與展望79-81
• 7.1 結(jié)論79-80
• 7.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)80
• 7.3 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 發(fā)明論文及參加科研情況說明87-89
• 致謝89-90

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