【摘要】：換熱管內(nèi)結(jié)垢問題對(duì)換熱器換熱性能有很大影響,液固兩相流有較強(qiáng)的除垢防垢及強(qiáng)化傳熱作用。在綜合分析現(xiàn)有多相流應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出管內(nèi)插橢球體強(qiáng)化液固兩相流技術(shù)。本文從理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用幾個(gè)方面分析了管內(nèi)插橢球體對(duì)液固兩相流流動(dòng)及除垢防垢的影響,論文主要由以下內(nèi)容構(gòu)成。首先,分析了換熱器強(qiáng)化傳熱及除垢防垢技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,對(duì)多相流強(qiáng)化傳熱技術(shù)的國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀、數(shù)值模擬方法和實(shí)驗(yàn)測試手段等進(jìn)行了總結(jié),提出本課題及研究方法。其次,介紹了液固兩相流基本理論,對(duì)液固兩相流中連續(xù)相及離散相的計(jì)算模型及控制方程進(jìn)行了介紹,并對(duì)離散相的求解過程、運(yùn)動(dòng)方程、湍流擴(kuò)散模型及磨損模型進(jìn)行了介紹。第三,采用Fluent軟件針對(duì)管內(nèi)插橢球體對(duì)管內(nèi)流場、傳熱性能、阻力性能、磨損量及磨損均勻性進(jìn)行了模擬,根據(jù)前期工作確定的模擬參數(shù)做三因素(流體流速、橢球體長短軸比值、橢球體安裝間距)、三水平的計(jì)算,對(duì)流場、阻力性能、磨損量及磨損均勻性進(jìn)行綜合分析,并通過正交因素法對(duì)螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化,通過綜合性能評(píng)價(jià)得出了較優(yōu)組。第四,通過自主搭建的自循環(huán)流態(tài)化換熱器實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以及根據(jù)模擬參數(shù)購置的內(nèi)插橢球體和顆粒,實(shí)驗(yàn)研究了內(nèi)插橢球體結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)對(duì)強(qiáng)化傳熱及除垢防垢性能的影響。綜合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):管內(nèi)插橢球體使得管內(nèi)流體呈分散螺旋流動(dòng),使得流體直接沖擊管壁面。同時(shí)固相顆粒隨流體沖擊管壁面,大大增加了顆粒與管壁的碰撞機(jī)率,破壞了流動(dòng)邊界層和溫度邊界層,增大了湍流強(qiáng)度,使得傳熱系數(shù)大幅度的提高。因此管內(nèi)插橢球體強(qiáng)化傳熱及除垢防垢技術(shù)必將擁有較高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文續(xù)扭帶具有更大的管內(nèi)流體湍流度，同時(shí)具有更好換熱效果，且流體阻力相較小。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用過程中，分段扭帶制造安裝過程繁雜，人工成本較高，實(shí)用性有待考察。在傳統(tǒng)扭帶的應(yīng)用過程中，人們發(fā)現(xiàn)了扭帶具有的一些弊端，通過總結(jié)分析提出了許多新型扭帶結(jié)構(gòu)，或?qū)鹘y(tǒng)扭帶進(jìn)行新的組合嘗試，并進(jìn)行了大量研究分析。K.Wongcharee 等[37]通過將普通扭帶設(shè)計(jì)為同軸交錯(cuò)形式，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同軸交錯(cuò)扭帶的換熱性能、阻力性能均高于普通扭帶，進(jìn)一步分析顯示綜合性能同樣高于普通扭帶，這表明對(duì)傳統(tǒng)扭帶進(jìn)行有益的改造有助于強(qiáng)化傳熱。雷勇剛等[38]總結(jié)分析扭帶已有的各種改造，推出中空交錯(cuò)扭帶，模擬計(jì)算了其對(duì)流場、換熱性能及阻力性能的影響，內(nèi)插新型中空交錯(cuò)扭 帶 相 較 于 光 管 換 熱 性 能 提 高 了 76.3%~149.8% ， 阻 力 性 能 提 高 了380.3%~443.7%，較傳統(tǒng)內(nèi)插扭帶換熱性能提高了 34.2%~46.9%，但阻力性能下降了 8.1%~16.2%，在低雷諾數(shù)情況下綜合性能更好。

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文續(xù)扭帶具有更大的管內(nèi)流體湍流度，同時(shí)具有更好換熱效果，且流體阻力相較小。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用過程中，分段扭帶制造安裝過程繁雜，人工成本較高，實(shí)用性有待考察。在傳統(tǒng)扭帶的應(yīng)用過程中，人們發(fā)現(xiàn)了扭帶具有的一些弊端，通過總結(jié)分析提出了許多新型扭帶結(jié)構(gòu)，或?qū)鹘y(tǒng)扭帶進(jìn)行新的組合嘗試，并進(jìn)行了大量研究分析。K.Wongcharee 等[37]通過將普通扭帶設(shè)計(jì)為同軸交錯(cuò)形式，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同軸交錯(cuò)扭帶的換熱性能、阻力性能均高于普通扭帶，進(jìn)一步分析顯示綜合性能同樣高于普通扭帶，，這表明對(duì)傳統(tǒng)扭帶進(jìn)行有益的改造有助于強(qiáng)化傳熱。雷勇剛等[38]總結(jié)分析扭帶已有的各種改造，推出中空交錯(cuò)扭帶，模擬計(jì)算了其對(duì)流場、換熱性能及阻力性能的影響，內(nèi)插新型中空交錯(cuò)扭 帶 相 較 于 光 管 換 熱 性 能 提 高 了 76.3%~149.8% ， 阻 力 性 能 提 高 了380.3%~443.7%，較傳統(tǒng)內(nèi)插扭帶換熱性能提高了 34.2%~46.9%，但阻力性能下降了 8.1%~16.2%，在低雷諾數(shù)情況下綜合性能更好。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK124;TK172


本文編號(hào)：2561459