雙螺桿擠出機作為聚合物加工過程中的主要換熱設備,要求具備較強的換熱能力。經過課題組前期的研究,將熱管技術應用于擠出機機筒的結構設計,研發(fā)出了熱管式擠出機。雖然熱管式擠出機換熱能力較傳統(tǒng)鉆孔式擠出機的換熱能力有了明顯的增強,但隨著加熱功率的增大,熱管式機筒的溫度較高,仍然存在換熱能力有限的問題。因此,研究熱管式機筒腔內的具體沸騰過程,從微觀角度探討液體相變機理,并提出新的優(yōu)化結構從而強化熱管式機筒的換熱能力十分必要。基于氣泡動力學理論和相場理論建立了水平加熱壁面上的單氣泡和多氣泡核沸騰模型,采用有限元數(shù)值計算軟件COMSOL Multiphysics對氣泡的生長過程進行了數(shù)值模擬,揭示了氣泡生長過程中壓力場、速度場、溫度場和局部熱通量的變化規(guī)律,研究了不同物性參數(shù)和參數(shù)對核沸騰過程的影響,如加熱功率、表面張力、飽和溫度、接觸角。模擬結果表明,核沸騰過程中氣泡的生長主要經歷橫向擴張的膨脹階段和頸縮并脫離加熱壁面的躍離階段,脫離壁面上升過程中先后經歷球形、半球形、帽形,相變主要發(fā)生在氣泡的根部,汽液固三相接觸線處的局部熱通量最大;多個氣泡同時生長時會相互影響氣泡周圍的流場流動,氣泡脫離壁面后... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 文獻綜述
    1.1 雙螺桿擠出機及其換熱的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.1.1 雙螺桿擠出機的發(fā)展
        1.1.2 雙螺桿擠出機機筒的換熱現(xiàn)狀
    1.2 強化傳熱技術研究現(xiàn)狀
        1.2.1 主動強化傳熱法
        1.2.2 被動強化傳熱法
        1.2.3 重力式熱管強化傳熱
    1.3 沸騰過程的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 核沸騰
        1.3.2 膜沸騰
        1.3.3 流動沸騰
        1.3.4 沸騰模擬研究的發(fā)展趨勢
    1.4 相變傳熱數(shù)值模擬
        1.4.1 兩相流計算方法
        1.4.2 相變傳質模型
    1.5 本文的研究意義和研究內容
        1.5.1 本文的研究意義
        1.5.2 本文的研究內容
2 相變汽液兩相流模型的理論基礎
    2.1 相場理論
        2.1.1 CFD與Comsol Multiphysics簡介
        2.1.2 氣泡動力學理論
        2.1.3 控制方程
    2.2 核沸騰過程數(shù)值模型建立
        2.2.1 汽液兩相流假設
        2.2.2 物理模型及網格劃分
        2.2.3 初始條件與邊界條件
        2.2.4 物理參數(shù)
        2.2.5 變量表達式及弱表達式
    2.3 數(shù)值模型驗證
        2.3.1 二維與三維模型的對比性驗證
        2.3.2 網格無關性驗證
        2.3.3 模型正確性驗證
    2.4 本章小結
3 微觀核沸騰氣泡動力學的數(shù)值分析
    3.1 單氣泡沸騰過程氣泡動力學特性
        3.1.1 汽液體積分布隨時間變化的規(guī)律
        3.1.2 壓力場隨時間變化的規(guī)律
        3.1.3 速度場隨時間的變化規(guī)律
        3.1.4 溫度隨時間的變化規(guī)律
        3.1.5 局部熱通量隨時間的變化規(guī)律
    3.2 不同參數(shù)對沸騰過程氣泡生長的影響
        3.2.1 加熱功率對氣泡生長過程的影響
        3.2.2 表面張力對氣泡生長過程的影響
        3.2.3 飽和溫度對氣泡生長過程的影響
        3.2.4 接觸角對氣泡生長過程的影響
        3.2.5 氣穴形狀對氣泡生長過程的影響
    3.3 多汽化核心沸騰過程
        3.3.1 幾何模型及網格劃分
        3.3.2 氣泡生長過程
        3.3.3 局部熱通量
    3.4 本章小結
4 機筒內壁不同壁面處核沸騰過程的數(shù)值分析
    4.1 熱管式機筒結構
    4.2 豎直壁面核沸騰過程
        4.2.1 幾何模型與網格劃分
        4.2.2 豎直壁面單氣穴核沸騰過程
        4.2.3 豎直壁面雙氣穴核沸騰過程
    4.3 圓弧壁核沸騰過程
        4.3.1 幾何模型
        4.3.2 氣泡脫離規(guī)律
        4.3.3 流場分布
    4.4 內壁底部核沸騰過程
        4.4.1 幾何模型
        4.4.2 汽液體積分數(shù)分布
        4.4.3 流場分布
        4.4.4 局部熱通量
    4.5 本章小結
5 熱管式擠出機蒸發(fā)段結構優(yōu)化
    5.1 熱管式機筒的數(shù)值模擬及實驗驗證
        5.1.1 熱管式機筒的模型建立
        5.1.2 實驗系統(tǒng)及實驗步驟
        5.1.3 結果與分析
    5.2 結構優(yōu)化及其數(shù)值模擬
        5.2.1 優(yōu)化幾何結構
        5.2.2 汽液體積分數(shù)分布
        5.2.3 溫度場分布
        5.2.4 流場分布
        5.2.5 壓力場分布
        5.2.6 局部熱通量
    5.3 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]兩相閉式重力熱管強化傳熱研究進展[J]. 戰(zhàn)洪仁,李春曉,王立鵬,吳眾,楊瑞.  熱力發(fā)電. 2016(09)
[2]單汽泡沸騰過程數(shù)值模擬的研究[J]. 劉俊杰,王國清,張利軍,姚詩訓.  石油化工. 2015(11)
[3]柱狀微結構表面強化沸騰換熱研究綜述[J]. 魏進家,張永海.  化工學報. 2016(01)
[4]雙螺桿擠出機筒結構參數(shù)優(yōu)化設計與分析[J]. 李錦偉,唐躍,孫召成.  塑料. 2015(03)
[5]同向雙螺桿擠出機的核心技術與自主創(chuàng)新[J]. 劉發(fā)國,紀欣,陳磊,江洪,李建軍.  塑料. 2015(02)
[6]交叉齒內螺紋重力熱管強化傳熱特性[J]. 田富中,辛公明,亓海青,程林.  工程熱物理學報. 2014(05)
[7]過冷池沸騰中氣泡聚并對壁面換熱影響的實驗研究[J]. Abdoulaye Coulibaly,林曦鵬,畢景良,柯道友.  清華大學學報(自然科學版). 2014(02)
[8]新型異向平行雙螺桿擠出機傳動系統(tǒng)的設計[J]. 蔣新萍.  塑料科技. 2014(02)
[9]基于響應面法的注塑件殘余應力優(yōu)化[J]. 陳樂平,朱雷平.  塑料. 2013(04)
[10]雙螺桿擠出機的最新發(fā)展動態(tài)[J]. 田沁元,程瑞林,劉曉鋒,畢超.  橡塑技術與裝備. 2012(08)

碩士論文
[1]熱管技術在擠出機機筒傳熱中的應用與性能研究[D]. 陳紫薇.大連理工大學 2016
[2]螺旋槽紋管強化傳熱與壓降性能及抗污垢性能數(shù)值模擬研究[D]. 高曉斐.浙江大學 2016
[3]基于混煉造粒機的重力熱管型機筒性能研究[D]. 張中學.大連理工大學 2015
[4]分離式熱管性能研究及在混煉造粒機上的應用[D]. 盧靜文.大連理工大學 2014
[5]親/疏水表面上液滴接觸角滯后的研究[D]. 秦亮.大連理工大學 2012



本文編號：3308178