本文關鍵詞：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

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【摘要】：換熱設備在石油、化工和能源等過程工業(yè)中得到了廣泛應用。隨著國內外經濟的飛速發(fā)展,能源消耗不斷攀升,能源短缺帶來的能源危機問題已經逐漸影響到經濟、生態(tài)和環(huán)境等與人類生存有關的各個領域。隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展,強化傳熱技術得到了長足的發(fā)展,并已經廣泛的應用到了換熱設備中,其中強化換熱管的應用極大的提高了設備的傳熱效率。本文研究的螺旋槽紋管是一種全新結構的強化傳熱元件,是由機械加工性能優(yōu)良的圓形銅管經過塑型加工而成的管壁上具有內凹和外凸褶皺的螺旋形變管,目前國內外學者尚未對該種新型螺旋槽紋管進行研究。本文采用計算流體力學方法對新型螺旋槽紋管管內傳熱、阻力以及抗污垢性能進行了創(chuàng)新研究,主要研究內容和所取得的創(chuàng)新成果如下：1、本文采用數(shù)值模擬的方法研究了螺旋槽紋管和光管的管內流場的流動特性、換熱特性,結果發(fā)現(xiàn)螺旋槽紋管較光管具有更好的傳熱性能,研究工況下,其管內努塞爾數(shù)Nu是光管的1.32～1.363倍,管內的阻力系數(shù)f是光管的1.97～2.51倍。同時,采用場協(xié)同理論揭示了螺旋槽紋管的強化傳熱機理：橫截面二次流和縱向渦的產生使得溫度場與速度場的場協(xié)同性能提高,從而提高了其換熱效率。2、利用控制變量法分別研究了幾何參數(shù)(槽深e和螺距p)、雷諾數(shù)Re和物性Pr對螺旋槽紋管的換熱及壓降性能的影響規(guī)律。利用數(shù)值計算所得數(shù)據進行回歸分析,得到螺旋槽紋管的管內Nu數(shù)和阻力系數(shù)f的計算準則關系式。3、基于流固兩相流數(shù)值模擬方法研究比較了螺旋槽紋管和光管管內抗污垢性能,結果發(fā)現(xiàn)螺旋槽紋管的管內抗污垢性能較光管的好。此外,還研究了幾何參數(shù)(槽深e和螺距p)、雷諾數(shù)Re和顆粒直徑對螺旋槽紋管的管內抗污垢性能的影響規(guī)律。本文研究成果為新型螺旋槽紋管的工程應用和設計選型提供了理論依據。
【關鍵詞】：螺旋槽紋管 強化傳熱 場協(xié)同原理 數(shù)值模擬 阻力特性 抗污垢特性
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號說明11-12
• 1 緒論12-28
• 1.1 課題的背景與意義12-13
• 1.2 強化傳熱管元件的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 強化傳熱技術的現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 典型強化傳熱管14-17
• 1.3 螺旋槽紋管的國內外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.3.1 單頭螺旋槽紋管的研究18-21
• 1.3.2 多頭螺旋槽紋管的研究21-23
• 1.4 流體力學數(shù)值模擬方法介紹23-27
• 1.4.1 計算流體力學方法概述23
• 1.4.2 流體力學方程組23-25
• 1.4.3 湍流模型概述25-27
• 1.5 本文的研究工作與內容27-28
• 2 螺旋槽紋管管內單相對流傳熱及流阻特性數(shù)值模擬研究28-48
• 2.1 引言28
• 2.2 螺旋槽紋管的管內對流傳熱數(shù)值模擬研究28-31
• 2.2.1 結構特點及建模28-29
• 2.2.2 數(shù)學模型29
• 2.2.3 網格劃分29-31
• 2.2.4 邊界條件和計算模型的選取31
• 2.3 FLUENT數(shù)值模擬結果可靠性驗證31-33
• 2.3.1 光管傳熱及壓降理論經驗值簡介31-33
• 2.3.2 光管傳熱及壓降理論值與數(shù)值模擬計算結果對比33
• 2.4 螺旋槽紋管和光管數(shù)值模擬計算結果及分析33-37
• 2.5 基于場協(xié)同原理分析螺旋槽紋管強化傳熱機理37-47
• 2.5.1 對流傳熱的場協(xié)同理論37-39
• 2.5.2 螺旋槽紋管與光管的場協(xié)同分析39-47
• 2.6 本章小結47-48
• 3 螺旋槽紋管管內傳熱及流阻特性的影響因素分析48-76
• 3.1 螺距對螺旋槽紋管性能的影響分析48-56
• 3.1.1 研究對象及數(shù)據處理48-52
• 3.1.2 螺距對速度場與溫度場的影響52-56
• 3.2 槽深對螺旋槽紋管性能的影響分析56-64
• 3.2.1 研究對象及數(shù)據處理56-62
• 3.2.2 槽深對速度場和溫度場的影響62-64
• 3.3 流體物性對螺旋槽紋管性能的影響分析64-67
• 3.3.1 研究對象及數(shù)據處理64-67
• 3.4 雷諾數(shù)對螺旋槽紋管性能的影響分析67-70
• 3.5 螺旋槽紋管管內傳熱及流阻計算準則關聯(lián)式70-74
• 3.6 本章小結74-76
• 4 螺旋槽紋管管內抗污垢性能數(shù)值模擬分析76-89
• 4.1 引言76
• 4.2 螺旋槽紋管與光管的管內污垢特性數(shù)值模擬分析與比較76-80
• 4.2.1 物理模型及數(shù)學模型76-77
• 4.2.2 邊界條件與求解設置77-78
• 4.2.3 螺旋槽紋管與光管管內抗污垢特性數(shù)值模擬結果分析與比較78-80
• 4.3 螺距對螺旋槽紋管管內抗污垢特性的影響研究80-82
• 4.4 槽深對螺旋槽紋管管內抗污垢特性的影響研究82-84
• 4.5 雷諾數(shù)對螺旋槽紋管管內抗污垢特性的影響研究84-86
• 4.6 顆粒直徑對螺旋槽紋管管內抗污垢特性的影響研究86-88
• 4.7 本章小結88-89
• 5 結論與展望89-92
• 5.1 結論89-91
• 5.2 創(chuàng)新點91
• 5.3 展望91-92
• 參考文獻92-98
• 作者簡歷98-99

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