【摘要】：近年來我國環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,能源消耗量逐年增加,因此節(jié)能減排政策迫在眉睫。而熱管換熱器正是在這個(gè)大形勢下應(yīng)運(yùn)而生,其具有的壓力損失小,換熱效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)行性能優(yōu)越等特點(diǎn),已成為工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重要的節(jié)能設(shè)備。如今無論是化工行業(yè)還是鋼鐵行業(yè),都存在有大量含腐蝕性的余熱煙氣,以徑向熱管作為傳熱元件的熱管換熱器能有效防止露點(diǎn)腐蝕等問題。因此本文針對應(yīng)用于低溫余熱回收領(lǐng)域的同軸徑向熱管的傳熱及流動(dòng)特性進(jìn)行了深入研究,主要完成了以下工作內(nèi)容:(1)搭建徑向熱管試驗(yàn)臺(tái),在不同工況條件,操作條件和結(jié)構(gòu)條件下獲得熱管的傳熱特性,并選取適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型及CFD模型結(jié)果。同時(shí)文中具體分析了MIXTURE和VOF兩相流模型的數(shù)值計(jì)算區(qū)別,考慮氣液表面張力以及工質(zhì)的物性變化影響,并添加UDF函數(shù)建立同軸徑向熱管相變模型,實(shí)現(xiàn)徑向熱管內(nèi)蒸發(fā)和冷凝現(xiàn)象的模擬。(2)采用FLUENT 16進(jìn)行熱管的蒸發(fā)冷凝計(jì)算,“可視化”的觀察到了冷凝壁面上液滴的生成、合并、脫落及氣泡的產(chǎn)生的全過程。結(jié)果表明VOF模型能清晰的觀察到氣液界面分布規(guī)律,而MIXTURE模型能精確的計(jì)算出管內(nèi)速度矢量分布及液膜厚度對冷凝壁面換熱的影響,同時(shí)數(shù)值模型的溫度分布與實(shí)驗(yàn)所測結(jié)果基本一致,通過網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn),兩者誤差保持在5%之內(nèi),驗(yàn)證出CFD數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。(3)對徑向熱管穩(wěn)態(tài)傳熱過程詳細(xì)分析,并結(jié)合工程熱力學(xué)定容恒熱流穩(wěn)定加熱過程,添加管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量守恒條件,推算出充液率對熱管蒸汽溫度的擬合關(guān)系式。同時(shí)根據(jù)熱管熱平衡關(guān)系及管內(nèi)質(zhì)量守恒條件編寫了熱管穩(wěn)態(tài)數(shù)值計(jì)算的MATLAB程序及GUIDE界面程序,計(jì)算分析出熱管在不同工況參數(shù),結(jié)構(gòu)參數(shù),操作參數(shù)下的最大換熱效率,換熱總熱阻以及各傳熱過程的平均溫度值變化。計(jì)算得出隨著充液率達(dá)到44.8%時(shí),徑向熱管穩(wěn)態(tài)換熱性能達(dá)到最佳效果,最后對比熱管實(shí)驗(yàn)結(jié)果,證明該數(shù)值計(jì)算的可行性和準(zhǔn)確性。(4)結(jié)合努賽爾經(jīng)典凝結(jié)換熱模型,推導(dǎo)出徑向熱管冷凝壁面處的液膜厚度及局部換熱系數(shù)公式,并利用MATLAB擬合出熱管穩(wěn)態(tài)情況下,沿著管壁處的平均液膜厚度分布及局部換熱系數(shù)分布,結(jié)果表明液膜對徑向熱管的傳熱特性具有很大的影響。(5)建立徑向熱管非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型,對熱管各個(gè)傳熱過程建立集總參數(shù)數(shù)學(xué)模型,并簡化管內(nèi)復(fù)雜兩相流動(dòng),分析出熱管輸入功率和冷卻水流速對徑向熱管啟動(dòng)過程的影響。研究結(jié)果對余熱鍋爐的啟動(dòng)運(yùn)行具有一定指導(dǎo)意義。
【圖文】：

2b.重力熱管圖 1-1 熱管工作原理示意圖熱管自問世以來一直被認(rèn)為是非常有效的換熱裝置，它能通過很小的截遠(yuǎn)距離地轉(zhuǎn)移大量的熱能，同時(shí)不需要外加的動(dòng)力。由于熱管具有優(yōu)越力，其中有區(qū)別于其他換熱裝置的基本特性：熱流可變性，良好的等溫性逆性、高導(dǎo)熱性、熱開關(guān)性能（熱二極管）、環(huán)境的適應(yīng)性、恒溫特性[4]雖然熱管獲得了國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究，但其內(nèi)部復(fù)雜的相變傳熱傳質(zhì)情人員如今還是對這種高效的換熱裝置的機(jī)理不是很成熟。國內(nèi)外基于熱

圖 1-2 徑向熱管基本結(jié)構(gòu)1.2.2 徑向熱管的特點(diǎn)同傳統(tǒng)的軸向熱管比較，徑向熱管由于特殊結(jié)構(gòu)更具有良好的等溫性能。在硫酸回收裝置中使用的省煤器，選用最多的是徑向熱管換熱器，它不僅可以高整體的壁溫，還防止熱管露點(diǎn)腐蝕。由于管徑工質(zhì)流動(dòng)阻力很小，體積小，構(gòu)比較緊湊輕便，得到工業(yè)的廣泛使用。徑向熱管省煤器中煙氣和水流程的特性能[8]，主要有以下基本特點(diǎn)：（1） 能有效的提高熱管壁面的溫度，，防止熱管產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象在硫酸裝置產(chǎn)生的煙氣中 SO2的含量比較高，要求煙氣沖刷的壁面溫度于 160℃可以防止熱管露點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象。同時(shí)徑向熱管外管換熱面積要遠(yuǎn)大于冷管的面積，壁面溫度可以有效的提高，進(jìn)而防止了熱管露點(diǎn)腐蝕。（2） 運(yùn)行可靠性能大大提高徑向熱管換熱器由于外管的保護(hù)，其冷卻水的出入口都在裝置外，可以有
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK172.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 肖章平;蔡欣;張琳;馬志磊;蔡金龍;;充液率及工質(zhì)對復(fù)合中空熱管傳熱性能的影響[J];化學(xué)工程;2013年12期

2 涂福炳;馬士偉;高晟揚(yáng);劉慶峗;毛建豐;;來流速度分布對徑向熱管換熱器性能影響的數(shù)值模擬[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年09期

3 姚華;盛德仁;陳堅(jiān)紅;李蔚;洪榮華;;重力熱管蒸汽發(fā)生器熱力學(xué)分析[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2012年09期

4 王鑫煜;辛公明;田富中;程林;;小管徑重力熱管啟動(dòng)特性[J];化工學(xué)報(bào);2012年S1期

5 孫東亮;徐進(jìn)良;王麗;;求解兩相蒸發(fā)和冷凝問題的氣液相變模型[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

6 涂福炳;賈煜;武薈芬;周孑民;;同軸徑向熱管的數(shù)值模擬[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

7 涂福炳;許欣;周孑民;張嶺;;同軸徑向熱管傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年04期

8 楊峻;張紅;莊駿;陳興元;;徑向偏心重力熱管的傳熱性能分析[J];南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年06期

9 張嶺;涂福炳;張研;毛建豐;武惠芬;賈煜;;基于VB和MATLAB的同心圓熱管傳熱分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];工業(yè)加熱;2010年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 韓超靈;徑向熱管傳熱特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D];安徽工業(yè)大學(xué);2016年

2 孫星星;低溫?zé)煔庥酂峄厥沼脷狻菏綗峁軗Q熱器研究[D];重慶大學(xué);2016年

3 張育民;基于CFD的熱管兩相流數(shù)學(xué)模型與數(shù)值模擬[D];華南理工大學(xué);2014年

4 曹麗召;重力熱管流動(dòng)與傳熱特性的數(shù)值模擬[D];中國石油大學(xué);2009年

5 李英娜;應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)熱管換熱器的研究[D];東華大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2627092