【摘要】：管內(nèi)插鋼絲螺旋線圈是管式換熱器實現(xiàn)在線清洗和強化傳熱的一種重要手段,在節(jié)能領(lǐng)域具有一定的工程應(yīng)用價值。本文是在換熱管內(nèi)插工作螺旋的基礎(chǔ)上,提出將波動入口流速與管內(nèi)運動螺旋相結(jié)合的方式應(yīng)用于換熱管內(nèi),利用波流驅(qū)動工作螺旋往復(fù)運動,實現(xiàn)換熱管內(nèi)在線進一步均勻清洗和強化傳熱的目的,主要內(nèi)容如下:(1)對波流螺旋自動清洗技術(shù)及其強化傳熱的可行性進行了分析�；诓髀菪詣忧逑醇夹g(shù)可行的充要條件是工作螺旋往復(fù)運動行程須超過自身一個螺距以上,對工作螺旋在管內(nèi)受力進行了理論分析,在管內(nèi)沿軸向方向,工作螺旋受到流體的軸向沖擊力與受到柔性彈簧的約束軸向力受力平衡,推導(dǎo)出使螺旋能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)運動的入口流速計算方法,提出一種使恒定流速轉(zhuǎn)變?yōu)椴▌恿魉俚拈y門控制裝置,驗證了波流產(chǎn)生的現(xiàn)實可行性。(2)通過搭建實驗平臺對四種不同參數(shù)工作螺旋的起振流速及不同入口流速下螺旋的軸向伸長量進行了試驗研究。結(jié)果表明不同參數(shù)的工作螺旋具有不同的起振流速;工作螺旋在不同流速作用下沿軸向平移的距離不同,驗證了波流作用下的工作螺旋可以實現(xiàn)往復(fù)運動;波流作用下的工作螺旋達到清洗目的的初始流速應(yīng)該大于螺旋的起振流速;波動流速大小則由柔性彈簧彈性系數(shù)與工作螺旋往復(fù)運動距離確定,柔性彈簧彈性系數(shù)越小,所構(gòu)造的入口波動流速的波幅可以越小。(3)對管內(nèi)波流螺旋清洗能力與傳熱性能進行了數(shù)值模擬分析。對靜止螺旋在恒定入口流速流體作用下所受的軸向力大小的模擬結(jié)果顯示,入口流速越大,螺旋長度越長,螺旋受到的軸向力越大;內(nèi)插螺旋在流體中阻力系數(shù)隨入口流速的增大而減小,隨螺旋長度的增長而減小。波動流速對空管流動和傳熱影響的數(shù)值模擬研究顯示,當(dāng)波流流速變化的頻率大到一定程度,管出口靜壓會大于入口靜壓,流體出現(xiàn)回流,基于管內(nèi)綜合性能評價因子隨時間變化的圖像顯示,在所研究波流流速參數(shù)作用下,波流可以強化管內(nèi)傳熱。建立正交實驗表,分析波流的三個參數(shù):初始流速、振動頻率、流速振幅對內(nèi)插螺旋換熱管強化傳熱和清洗能力的影響,對傳熱效能的影響的三因素重要性排序為:初始流速、振動頻率、流速振幅,波流流速大小在區(qū)間為0.1~2m/s之間變化能夠強化傳熱;對清洗能力的影響的三因素重要性排序為:流速振幅、初始流速、振動頻率,配合不同彈性系數(shù)的柔性彈簧,波流作用下的內(nèi)插工作螺旋能夠?qū)崿F(xiàn)自動清洗效果。對于清洗能力的因素分析,是以使工作螺旋的往復(fù)行程達到一個螺距以上的軸向力波動差值大小作為標準,定性研究波流作用下清洗能力的強弱;對強化傳熱能力通過定量地分析,以管內(nèi)綜合性能評價因子作為評判指標。
[Abstract]:As an important means to realize on-line cleaning and heat transfer enhancement of tubular heat exchangers, inserted steel wire helical coils have certain engineering application value in the field of energy saving. On the basis of inserting the working screw into the heat transfer pipe, this paper puts forward the method of combining the fluctuating inlet velocity with the moving spiral in the tube and using the wave current to drive the working screw reciprocating motion. The main contents of the paper are as follows: (1) the technology of wave flow spiral automatic cleaning and the feasibility of heat transfer enhancement are analyzed. Based on the feasibility of wave and current spiral automatic cleaning technology, the necessary and sufficient condition is that the working screw reciprocating travel must be more than one pitch of itself, so the force of the working screw in the pipe is analyzed theoretically and along the axial direction in the pipe. The axial impact force of the working screw is balanced with the axial force of the flexible spring, and the method of calculating the inlet velocity of the helix is derived, which enables the screw to realize reciprocating motion. A valve control device for changing constant velocity to fluctuating velocity is proposed. The practical feasibility of the wave and current generation is verified. (2) the axial elongation of the helix under different inlet velocity and four different parameters working helices are studied experimentally by setting up an experimental platform. The results show that the working helix with different parameters has different starting velocity, and the distance of axial translation of the working helix under different velocity of velocity is different, which verifies that the working spiral under the action of wave and current can realize reciprocating motion. The initial velocity of the working spiral under the action of wave and current should be larger than the starting velocity of the spiral, and the magnitude of the wave velocity should be determined by the distance between the elastic coefficient of the flexible spring and the reciprocating movement of the working spiral, and the smaller the elastic coefficient of the flexible spring is, The wave amplitude of the constructed inlet wave velocity can be smaller. (3) numerical simulation analysis is carried out on the cleaning ability and heat transfer performance of the wave-current spiral in the tube. The simulation results show that the larger the inlet velocity, the longer the helical length and the greater the axial force on the helix. The drag coefficient decreases with the increase of inlet velocity and the length of spiral in fluid. The numerical simulation of the influence of wave velocity on the flow and heat transfer of air pipe shows that when the frequency of wave flow velocity changes to a certain extent, the static pressure at the outlet of the tube will be greater than the static pressure at the inlet, and the fluid will return back. Based on the image of the time varying of the comprehensive performance evaluation factor in the tube, it is shown that the wave and current can enhance the heat transfer in the tube under the action of the studied parameters of the velocity of wave and current. An orthogonal experimental table was established to analyze the effects of three parameters of wave and current: initial velocity, vibration frequency and amplitude of velocity on the enhancement of heat transfer and cleaning ability of an interpolated spiral heat exchanger tube. The order of importance of three factors to the heat transfer efficiency was as follows: initial velocity. The change of vibration frequency, velocity amplitude, wave and current velocity between 0.1~2m/s can enhance heat transfer, the order of importance of three factors on cleaning ability is as follows: velocity amplitude, initial velocity, vibration frequency, With the flexible spring with different elastic coefficients, the interpolated working spiral under the action of wave and current can realize the automatic cleaning effect. The factor analysis of cleaning ability is to make the reciprocating stroke of the working screw reach the value of axial force fluctuation of more than one pitch as the standard, and qualitatively study the strength of cleaning ability under the action of wave and current. Through the quantitative analysis of the heat transfer enhancement ability, the evaluation factor of the comprehensive performance in the tube is taken as the evaluation index.
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK172

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本文編號：2266213