【摘要】：傳熱管為工程應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)的負荷及壓力的動態(tài)變化對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。因此對加有緩沖罐的傳熱管的兩相流瞬態(tài)參數(shù)研究對于提高熱交換系統(tǒng)的安全性有重大意義。本文以H.T.Liu的實驗臺為基礎(chǔ)建立傳熱管兩相流動與換熱物理模型。以漂移流理論為基礎(chǔ)建立了數(shù)學模型,基于MATLAB/Simulink仿真平臺搭建了仿真模型。通過H.T.Liu的實驗數(shù)據(jù)與穩(wěn)態(tài)仿真數(shù)據(jù)的對比驗證了模型準確性。分別進行了穩(wěn)態(tài)及動態(tài)工況下的仿真,探究了傳熱管的流動與傳熱規(guī)律。并比較有無緩沖罐對傳熱管流動與傳熱的影響。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驗值進行對比,最大誤差小于5%,驗證了模型的準確性。在不同電加熱功率、不同流體入口溫度及不同質(zhì)量流量的工況下進行穩(wěn)態(tài)仿真。得到各流動參數(shù)的變化規(guī)律。在對傳熱管動態(tài)流動換熱的研究中發(fā)現(xiàn)熱流密度較低時系統(tǒng)更穩(wěn)定。對比有無緩沖罐的傳熱管在質(zhì)量流量階躍變化時的仿真數(shù)據(jù),有傳熱管時壓降的響應時間減少了5.3s,振幅降低了0.95kPa;截面含氣率及質(zhì)量含氣率的響應時間也分別減少了14s和12.5s;觀察在質(zhì)量流量和流體入口溫度階躍變化時的仿真數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)有緩沖罐時各兩相流參數(shù)對階躍變化的響應時間及振幅更小。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瞬態(tài)參數(shù)變化,對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兩個控制體，，分別代表傳管的預熱段和沸騰段。預熱段為液相流體，沸騰段為飽和沸騰的兩相流體，外熱源對壁進行均勻加熱。2.2 模型熱工水力參數(shù)穩(wěn)態(tài)計算H. T. Liu 和 S. Kakae 的實驗中，供給罐(supply tank)通過連接高壓氮氣供應罐來持罐內(nèi)壓力恒定和實驗中流體流動的連續(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，實驗中通過轉(zhuǎn)子流量計檢測質(zhì)量量。緩沖罐中可壓縮氣體為氮氣，在穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)生擾動后起到緩沖作用。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，其中涉及到了復雜的流型轉(zhuǎn)變及相間換為方便計算，忽略加熱過程中的流型變化，考慮了折算系數(shù)，將加熱段劃分為預熱段沸騰段兩部分，預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兩個控制體，分別代表傳管的預熱段和沸騰段。預熱段為液相流體，沸騰段為飽和沸騰的兩相流體，外熱源對壁進行均勻加熱。2.2 模型熱工水力參數(shù)穩(wěn)態(tài)計算H. T. Liu 和 S. Kakae 的實驗中，供給罐(supply tank)通過連接高壓氮氣供應罐來持罐內(nèi)壓力恒定和實驗中流體流動的連續(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，實驗中通過轉(zhuǎn)子流量計檢測質(zhì)量量。緩沖罐中可壓縮氣體為氮氣，在穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)生擾動后起到緩沖作用。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，其中涉及到了復雜的流型轉(zhuǎn)變及相間換為方便計算，忽略加熱過程中的流型變化，考慮了折算系數(shù)，將加熱段劃分為預熱段沸騰段兩部分，預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)
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK124;TK172.4

【參考文獻】

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本文編號：2638203