本文關鍵詞：伴隨有凝結發(fā)生的橢圓管外對流換熱特性的數值研究　出處：《太原理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：含有不凝性氣體的凝結傳熱問題廣泛存在于各種換熱設備中,如采暖通風與空調換熱設備(HVAC)、非能動安全殼冷卻系統(tǒng)(PCCS)、特別是冷凝式燃氣鍋爐尾部煙氣冷凝式換熱器。不凝性氣體的存在對蒸汽凝結有很大影響,與純蒸汽凝結相比,其過程更為復雜。鑒于實際中含不凝氣體的凝結現象較普遍,而目前關于橢圓管外該現象的研究較少,本文利用商用軟件ANSYS Fluent 15.0對含不凝氣體的水蒸汽掠過橢圓管外的凝結換熱特性進行研究。首先對該現象進行理論分析,并編寫相關凝結自定義函數(UDF)程序,進行算法驗證;然后對蒸汽與不凝氣體組成混合氣體流經單管外的凝結換熱情況進行研究;隨后,對該混合氣體流經管束的凝結換熱以及阻力情況進行研究,重點考察管束不同的排列方式、橢圓管長短軸比(a/b)、進口水蒸汽濃度(Yv)以及進口流速(v)對凝結換熱系數、流動阻力以及綜合換熱因子的影響,并詳細討論沿流程局部凝結換熱系數的變化情況。對氣體橫掠單管的研究發(fā)現,與圓管相比,橢圓管外凝結換熱系數有所降低,但下降幅度隨橢圓管長短軸比增大而減小;當來流速度或蒸汽質量分數增大時,橢圓管外的平均凝結換熱系數隨之增大;當水蒸汽質量分數較高時,橢圓管外復合換熱系數(凝結與對流換熱系數之和)隨橢圓管長短軸比的增大有明顯下降;反之,下降趨勢不明顯。對不同排列方式的多排管束研究發(fā)現:1)順排布置時,第一排的管外平均凝結換熱系數最大。而叉排布置時,最大值在第二排產生;2)不管管束采取何種布置方式,其管外平均凝結換熱系數隨流動方向總體呈現下降趨勢。對于順排布置:當管排數n≤3時,下降迅速;當管排數n3時,下降趨勢較緩慢。叉排布置時,對于前4排,其管外平均凝結換熱系數最小值為第3排,當n4時,為下降趨勢,且比順排下降更顯著。3)管束布置方式不同,最后一排管管外平均凝結換熱系數變化情況截然不同。順排布置時,最后一排管管外平均凝結換熱系數出現一定程度躍升,即高于前一排管。叉排布置時,最后一排管管外平均凝結換熱系數出現明顯驟降。4)對于順排和叉排,隨著長短軸比a/b增大,凝結率以及復合換熱系數均減小,但減小程度越來越小。與順排相比,叉排下降更明顯。此外,其阻力特性也呈現相似的變化趨勢。5)進口流速以及水蒸汽濃度增大均會引起凝結率以及換熱系數增大,叉排凝結率與換熱強度比順排的高,在本研究范圍內,凝結率平均提高7.80%,換熱系數平均提高24.06%,而流動阻力平均增加了83.52%。6)從綜合換熱因子和場協同理論兩個角度來考慮,隨著a/b的增大,綜合性能因子減小,同時場協同角增大,均說明同周長的橢圓管性能均低于圓管。因此,從潛熱回收、提高換熱強度來選擇,選叉排合適;而從減小阻力以及綜合換熱與阻力角度來考慮,優(yōu)先選擇順排管。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124

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本文編號：1315141