本文關鍵詞：內插金屬網管對豎直蒸發(fā)管內傳熱特性影響的實驗研究

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【摘要】：在工業(yè)生產和可再生能源利用系統(tǒng)中存在大量的低品位能源,這些低品位能源的高效利用對于緩解能源短缺和發(fā)展可再生能源新技術具有重要的現實意義,低品位能源的高效熱利用已成為國內外工程熱物理領域的研究熱點和前沿。低品位能源熱利用的共性問題體現在傳熱溫差小,換熱設備體積較大,熱經濟性相對較差,因此發(fā)展小傳熱溫差下的高效傳熱原理和技術,減小換熱設備體積提高熱經濟性具有重要的科學意義,為高效換熱器的設計、制造和運行提供科學依據和技術支持。與單相對流換熱相比,沸騰傳熱具有傳熱溫差小、傳熱效率高等優(yōu)點,特別適用于低品位能源熱利用中小溫差傳熱。強化沸騰換熱的主要目的是提高設備換熱性能,減少能量傳遞中的不可逆損失,有效地利用能源,減小換熱面積,降低金屬消耗量,保證換熱設備的安全運行等。沸騰傳熱中流型與傳熱密切相關,通過發(fā)展和調控有利于傳熱的流型,從而實現強化傳熱,為沸騰傳熱的強化提供了新的視角。本課題組前期進行空氣/水冷態(tài)的試驗研究,初步驗證了采用內插金屬網管實現豎直管及水平管中流型調控的可行性,并進一步在凝結換熱中采用內插金屬網管實現了冷凝傳熱的強化。在水平蒸發(fā)管中,內插金屬網管對流動沸騰的傳熱影響本課題組也已進行了初步研究。本文針對豎直蒸發(fā)管中的垂直向上流動沸騰,開展了普通光管與內嵌金屬網管的新型蒸發(fā)管的流型及傳熱特性的實驗對比研究。本文設計并搭建了豎直管內流動沸騰傳熱可視化研究平臺,實驗使用高純水作為實驗工質,在質量流速為350.77kg/m2s,進口壓力256.99kPa,熱流密度27.69～85.47kW/m2范圍內,采用內徑為14.25mm的不銹鋼管作為蒸發(fā)管,內插不銹鋼金屬網管的目數為200目、直徑為10.5mm,采用高速攝影儀對比研究了不同熱流密度下普通光管和具有內嵌金屬網管的新型蒸發(fā)管的流型轉化特性,通過熱態(tài)數據分析,獲取了泡狀流、彈狀流、混塊狀流及混塊-環(huán)狀流四個流型區(qū)域內的傳熱特性；在不同的進口干度下,研究了采用內嵌金屬網管后,熱流密度對流型和傳熱特性的影響規(guī)律,獲得了強化傳熱系數比,分析了內嵌金屬網管對豎直蒸發(fā)管內沸騰傳熱的作用機理。實驗可視化研究表明,插入金屬網管能夠顯著改變豎直管內流動沸騰的流型特性：(1)在較低的熱流密度下,蒸發(fā)管內流型發(fā)展緩慢,氣液界面的變化較為小,金屬網管的存在使得氣液兩相工質分區(qū)流動,汽相被阻隔在金屬網管與蒸發(fā)管之間的環(huán)形環(huán)隙內；(2)隨著熱流密度的增大,在金屬網管入口附近區(qū)域蒸汽相仍被阻隔在環(huán)形環(huán)隙內,但由于較高的熱流密度使得氣液界面產生劇烈的蒸發(fā),蒸汽相急劇膨脹使得金屬網管產生的界面張力不足以阻隔汽相進入網管內部,從而使金屬網管內外產生兩相工質交換。熱態(tài)數據分析表明,內嵌金屬網管對豎直蒸發(fā)管傳熱的影響體現在：(1)在較大入口過冷度下,單相湍流對流傳熱為主要機理,金屬網管的存在阻隔了網管內外冷熱流體的湍動交混,在一定程度上惡化傳熱,其傳熱惡化比達0.5；(2)低干度過冷及飽和沸騰區(qū),蒸汽含量較低并且均被網管阻隔在環(huán)形環(huán)隙內,由于環(huán)形環(huán)隙的擠壓作用汽相進入環(huán)形環(huán)隙時氣液接觸界面增大,即增大了蒸汽與蒸發(fā)管內壁間的液膜蒸發(fā)傳熱區(qū)域,從而使傳熱得到強化,且沿程最大強化傳熱比達3.8,網管壁面過熱度相比普通光管低2.5℃；(3)分析發(fā)現在進口干度較高時,調控管出口可視段出現了汽泡脈動現象,分析此現象,是由網管與加熱管管壁環(huán)隙的壓力變化及蒸汽體積變化引起的,這種脈動現象有效的說明了在調控管內存在液體對管壁的再潤濕,而不會發(fā)生管壁持續(xù)蒸干現象。
【關鍵詞】：強化傳熱 豎直管 流動沸騰 流型 金屬網管
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 國內外研究現狀12-15
• 1.2 研究意義15
• 1.3 研究內容15-17
• 第2章 實驗平臺的構建及數據處理與誤差分析17-32
• 2.1 實驗平臺的設計與搭建17-23
• 2.1.1 研究平臺的主要系統(tǒng)18-19
• 2.1.2 實驗段19-22
• 2.1.3 實驗研究流程22-23
• 2.2 實驗系統(tǒng)的測試與校核23-25
• 2.3 數據處理流程及實驗誤差的分析25-31
• 2.3.1 數據處理流程25-26
• 2.3.2 實驗設備的標定26-30
• 2.3.3 不確定性分析30-31
• 2.4 本章小結31-32
• 第3章 內嵌金屬網管對豎直管內流動沸騰流型的影響32-46
• 3.1 豎直管內流動沸騰的汽液兩相流流型分析32-34
• 3.2 豎直流型調控管的兩相流流型分析34-44
• 3.2.1 泡狀流流型調控34-37
• 3.2.2 彈狀流型調控37-40
• 3.2.3 混塊狀流流型的調控40-43
• 3.2.4 混塊-環(huán)狀流型的調控43-44
• 3.3 本章小結44-46
• 第4章 金屬網管對豎直蒸發(fā)管內傳熱的影響46-68
• 4.1 豎直蒸發(fā)管的傳熱特性46-47
• 4.2 進口泡狀流時金屬網管對傳熱的影響特性47-52
• 4.2.1 壁溫特性47-49
• 4.2.2 傳熱系數與傳熱系數強化比特性49-51
• 4.2.3 泡狀流區(qū)傳熱機理分析51-52
• 4.3 進口彈狀流時金屬網管對傳熱的影響特性52-56
• 4.3.1 進口為彈狀流的壁面溫度特性52-54
• 4.3.2 進口為彈狀流的傳熱系數與傳熱系數強化比特性54-56
• 4.3.3 彈狀流的傳熱機理分析56
• 4.4 進口混塊狀流時金屬網管對傳熱的影響特性56-61
• 4.4.1 進口為混塊狀流的壁面溫度特性56-59
• 4.4.2 進口為混塊狀流的傳熱系數與傳熱系數強化比特性59-61
• 4.4.3 混塊狀流的傳熱機理分析61
• 4.5 進口混塊-環(huán)狀流時金屬網管對傳熱的影響特性61-66
• 4.5.1 進口為混塊-環(huán)狀流的壁面溫度特性62-64
• 4.5.2 進口為混塊-環(huán)狀流的傳熱系數與傳熱系數強化比特性64-66
• 4.5.3 混塊-環(huán)狀流流的傳熱機理分析66
• 4.6 本章總結66-68
• 第5章 結論與展望68-72
• 5.1 內嵌金屬網管對豎直蒸發(fā)管內流型的影響特性68-69
• 5.2 金屬網管對豎直管內流動沸騰的傳熱的特性影響69
• 5.3 金屬網管對豎直管內流動沸騰流型與傳熱的耦合作用機理69-70
• 5.4 展望70-72
• 參考文獻72-75
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果75-76
• 致謝76

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 郭鑫;林清宇;蔡廣閩;徐鵬;林榕端;;換熱管內置螺旋葉片阻力與傳熱特性的試驗研究[J];廣西大學學報(自然科學版);2010年05期

2 唐新宜;朱冬生;陳宏;;內插梯形擾流片的矩形通道內渦流和傳熱特性[J];化工學報;2012年01期

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本文編號：895636