本文關(guān)鍵詞：一種新型扭帶對(duì)管內(nèi)對(duì)流換熱影響的研究

  更多相關(guān)文章： 強(qiáng)化換熱 螺旋扭帶 數(shù)值模擬 套管式換熱器

【摘要】：管內(nèi)強(qiáng)化傳熱技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中。作為一種被動(dòng)強(qiáng)化傳熱技術(shù),管內(nèi)插入螺旋扭帶是一種簡(jiǎn)單而有效的方法。扭帶能改變流體流動(dòng)的流道,減小邊界層厚度,從而起到強(qiáng)化傳熱的作用。但扭帶的插入也會(huì)增大管道的摩擦阻力系數(shù)。因此,目前國(guó)內(nèi)外的研究重點(diǎn)是通過(guò)改變扭帶的形狀來(lái)平衡Nu數(shù)和摩擦阻力系數(shù)f,以獲得更高的綜合性能指標(biāo)PEC (performance evaluation criteria)。本文提出了一種新型扭帶,并采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的方法,研究了扭帶對(duì)管內(nèi)對(duì)流傳熱和流阻特性的影響。在數(shù)值模擬過(guò)程中,對(duì)于流體層流狀態(tài)(Re從519到2078)和湍流狀態(tài)(Re從6197到20135),本文均使用了均勻壁溫的熱邊界條件,并且使用了無(wú)缺口扭帶作為對(duì)比。結(jié)果顯示,在湍流狀態(tài)下,插入新型扭帶后的Nu數(shù)和摩擦阻力系數(shù)f分別是光管的1.18-1.50和2.65-3.22倍,且插入扭帶與光管的努塞爾數(shù)比值Nu/Nu0隨著Re的增大而減小,說(shuō)明扭帶在較弱湍流狀態(tài)下的強(qiáng)化傳熱效果更好。缺口扭帶的綜合性能指標(biāo)為0.86-1.02,是無(wú)缺口扭帶的1.09-1.17倍。在層流狀態(tài)下,缺口扭帶所引起的綜合性能指標(biāo)分別是光管和無(wú)缺口扭帶的1.34-1.78和1.09-1.17倍。可以看出,無(wú)論是層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài),缺口扭帶強(qiáng)化傳熱效果更好,且節(jié)約材料,因此推薦有缺口的新型扭帶,本文實(shí)驗(yàn)部分使用的扭帶均為有缺口的扭帶。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的限制,本文只對(duì)流體湍流狀態(tài)(Re從11335到27285)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。共使用了四種不同長(zhǎng)度的扭帶,即扭帶長(zhǎng)度與管長(zhǎng)度比值L/l為1.0、0.75、0.5和0.25的扭帶。結(jié)果顯示,Nu數(shù)隨著Re數(shù)的增大而增大。相對(duì)于光管,扭帶起到了強(qiáng)化傳熱的作用,在相同Re數(shù)下,四種扭帶所得到的Nu數(shù)均大于光管。插入扭帶后得到的摩擦阻力系數(shù)也大于光管,尤其是L/l為1.0和0.75的兩種扭帶,分別為光管的3.69-5.75和2.30-4.48倍。L/l為1.0、0.75、0.50和0.25的扭帶所引起的綜合性能指標(biāo)分別是0.94-1.06,0.82-0.94,0.89-1.04和0.89-1.06。本文最后還對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到了管內(nèi)插入新型扭帶后湍流狀態(tài)下Nu數(shù)和f的特征數(shù)方程,為后續(xù)的研究提供了理論基礎(chǔ)。從數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究可以發(fā)現(xiàn),本文中的扭帶能起到強(qiáng)化傳熱的作用,尤其是在弱湍流狀態(tài)下,這符合強(qiáng)化對(duì)流傳熱的物理機(jī)制。因此后續(xù)的研究要著重于層流狀態(tài)和弱湍流狀態(tài)下,扭帶對(duì)管內(nèi)對(duì)流傳熱和流阻特性的影響。
【關(guān)鍵詞】：強(qiáng)化換熱 螺旋扭帶 數(shù)值模擬 套管式換熱器
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 概述9-10
• 1.2 螺旋扭帶的研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀10
• 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3 特征數(shù)方程的建立15-16
• 1.4 扭帶在工程中的應(yīng)用16-19
• 1.5 本文研究的內(nèi)容19-20
• 2 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)20-37
• 2.1 數(shù)值模擬概述20-23
• 2.1.1 數(shù)值模擬簡(jiǎn)介20-21
• 2.1.2 數(shù)值模擬方法的步驟21-22
• 2.1.3 數(shù)值模擬軟件介紹22-23
• 2.2 對(duì)管內(nèi)插入扭帶后的流體流動(dòng)特性的數(shù)值模擬23-26
• 2.2.1 建立模型23-24
• 2.2.2 選擇計(jì)算模型24-26
• 2.3 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析26-35
• 2.3.1 湍流流動(dòng)狀態(tài)26-31
• 2.3.2 層流流動(dòng)狀態(tài)31-35
• 2.4 小結(jié)35-37
• 3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)37-45
• 3.1 換熱系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)37-41
• 3.1.1 換熱系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)原理圖37-38
• 3.1.2 套管式換熱器的設(shè)計(jì)與安裝38-41
• 3.1.3 螺旋扭帶的設(shè)計(jì)與加工41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇41-43
• 3.2.1 溫度傳感器41-42
• 3.2.2 渦輪流量計(jì)及其他設(shè)備42-43
• 3.3 小結(jié)43-45
• 4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理45-55
• 4.1 實(shí)驗(yàn)步驟45
• 4.2 數(shù)據(jù)處理基本公式45-46
• 4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理46-52
• 4.3.1 試驗(yàn)結(jié)果可靠性分析46-48
• 4.3.2 扭帶對(duì)換熱和摩擦阻力系數(shù)的影響48-51
• 4.3.3 特征數(shù)方程51-52
• 4.4 小結(jié)52-55
• 結(jié)論55-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 附錄A 符號(hào)說(shuō)明62-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-65

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 滿長(zhǎng)忠;王沖;姚金鈺;;管換熱器中插入螺旋紐帶的研究現(xiàn)狀(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2014年04期

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本文編號(hào)：977964