【摘要】：傳熱管為工程應(yīng)用中解決熱量交換問題所需的基本元件,而傳熱管所處系統(tǒng)的負(fù)荷及壓力的動(dòng)態(tài)變化對(duì)傳熱管的壽命及系統(tǒng)安全帶來了極大隱患。緩沖罐可減小因載荷突然變化對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的危害,降低系統(tǒng)能耗,維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。因此對(duì)加有緩沖罐的傳熱管的兩相流瞬態(tài)參數(shù)研究對(duì)于提高熱交換系統(tǒng)的安全性有重大意義。本文以H.T.Liu的實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)建立傳熱管兩相流動(dòng)與換熱物理模型。以漂移流理論為基礎(chǔ)建立了數(shù)學(xué)模型,基于MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)搭建了仿真模型。通過H.T.Liu的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與穩(wěn)態(tài)仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證了模型準(zhǔn)確性。分別進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)工況下的仿真,探究了傳熱管的流動(dòng)與傳熱規(guī)律。并比較有無緩沖罐對(duì)傳熱管流動(dòng)與傳熱的影響。本文將加熱功率為800W,質(zhì)量流量為9.06g/s,而流體入口溫度分別為-10℃、0℃、10℃和23℃四種工況下穩(wěn)態(tài)仿真得到的總壓降值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,最大誤差小于5%,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。在不同電加熱功率、不同流體入口溫度及不同質(zhì)量流量的工況下進(jìn)行穩(wěn)態(tài)仿真。得到各流動(dòng)參數(shù)的變化規(guī)律。在對(duì)傳熱管動(dòng)態(tài)流動(dòng)換熱的研究中發(fā)現(xiàn)熱流密度較低時(shí)系統(tǒng)更穩(wěn)定。對(duì)比有無緩沖罐的傳熱管在質(zhì)量流量階躍變化時(shí)的仿真數(shù)據(jù),有傳熱管時(shí)壓降的響應(yīng)時(shí)間減少了5.3s,振幅降低了0.95kPa;截面含氣率及質(zhì)量含氣率的響應(yīng)時(shí)間也分別減少了14s和12.5s;觀察在質(zhì)量流量和流體入口溫度階躍變化時(shí)的仿真數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)有緩沖罐時(shí)各兩相流參數(shù)對(duì)階躍變化的響應(yīng)時(shí)間及振幅更小。綜上所述,本文建立的仿真模型成功模擬了帶有緩沖罐的傳熱管兩相流動(dòng)瞬態(tài)參數(shù)變化,對(duì)改善傳熱管的安全性有重大意義。
【圖文】：

圖 2.1 系統(tǒng)物理模型 圖 2.2 傳熱管物理模型基于以上假設(shè)，如圖 2.2 所示，將傳熱管劃分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)控制體，，分別代表傳管的預(yù)熱段和沸騰段。預(yù)熱段為液相流體，沸騰段為飽和沸騰的兩相流體，外熱源對(duì)壁進(jìn)行均勻加熱。2.2 模型熱工水力參數(shù)穩(wěn)態(tài)計(jì)算H. T. Liu 和 S. Kakae 的實(shí)驗(yàn)中，供給罐(supply tank)通過連接高壓氮?dú)夤⿷?yīng)罐來持罐內(nèi)壓力恒定和實(shí)驗(yàn)中流體流動(dòng)的連續(xù)穩(wěn)定。故模型中供給罐壓力設(shè)為定值。供給與緩沖罐(surge tank)間的針閥可控制入口質(zhì)量流量，實(shí)驗(yàn)中通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢測(cè)質(zhì)量量。緩沖罐中可壓縮氣體為氮?dú)�，在穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)后起到緩沖作用。加熱段采用流電加熱，忽略了其他元件的電阻，用 Teflon 隔板做絕熱處理，并建立了輻射防護(hù)裝置以保證最大限度降低熱損失。加熱段內(nèi)流體由過冷加熱到飽和沸騰，其中涉及到了復(fù)雜的流型轉(zhuǎn)變及相間換為方便計(jì)算，忽略加熱過程中的流型變化，考慮了折算系數(shù)，將加熱段劃分為預(yù)熱段沸騰段兩部分，預(yù)熱段入口為單相過冷流體，出口為飽和液態(tài)流體；沸騰段入口參數(shù)

圖 2.1 系統(tǒng)物理模型 圖 2.2 傳熱管物理模型基于以上假設(shè)，如圖 2.2 所示，將傳熱管劃分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)控制體，分別代表傳管的預(yù)熱段和沸騰段。預(yù)熱段為液相流體，沸騰段為飽和沸騰的兩相流體，外熱源對(duì)壁進(jìn)行均勻加熱。2.2 模型熱工水力參數(shù)穩(wěn)態(tài)計(jì)算H. T. Liu 和 S. Kakae 的實(shí)驗(yàn)中，供給罐(supply tank)通過連接高壓氮?dú)夤⿷?yīng)罐來持罐內(nèi)壓力恒定和實(shí)驗(yàn)中流體流動(dòng)的連續(xù)穩(wěn)定。故模型中供給罐壓力設(shè)為定值。供給與緩沖罐(surge tank)間的針閥可控制入口質(zhì)量流量，實(shí)驗(yàn)中通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢測(cè)質(zhì)量量。緩沖罐中可壓縮氣體為氮?dú)猓诜�(wěn)定系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)后起到緩沖作用。加熱段采用流電加熱，忽略了其他元件的電阻，用 Teflon 隔板做絕熱處理，并建立了輻射防護(hù)裝置以保證最大限度降低熱損失。加熱段內(nèi)流體由過冷加熱到飽和沸騰，其中涉及到了復(fù)雜的流型轉(zhuǎn)變及相間換為方便計(jì)算，忽略加熱過程中的流型變化，考慮了折算系數(shù)，將加熱段劃分為預(yù)熱段沸騰段兩部分，預(yù)熱段入口為單相過冷流體，出口為飽和液態(tài)流體；沸騰段入口參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK124;TK172.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2638203