本文選題：分段式彈簧管 + 流場特性��； 參考：《武漢工程大學》2015年碩士論文

【摘要】：換熱管內(nèi)置彈簧插入物作為強化換熱技術,廣泛應用于實際工程中。雖然該技術可以提高傳熱系數(shù),但是也會大大地增加管內(nèi)流體壓降和阻力。本文對螺旋彈簧進行分段式處理,主要采用理論分析、數(shù)值模擬及實驗研究相結合的方法對換熱管內(nèi)置分段式彈簧的流動與傳熱過程進行初步的研究。主要研究的內(nèi)容如下:(1)結合以往的研究成果,對內(nèi)置分段式彈簧強化傳熱的機理進行探索性研究,通過彈簧動力學理論分析了彈簧的軸向傳播速度與彈簧參數(shù)之間的關系,得到節(jié)距大、中徑小、絲徑大的彈簧產(chǎn)生的軸向波速大,有利于彈簧發(fā)生振動。結合場協(xié)同理論,分析了水—水工質(zhì)下光管和內(nèi)置分段式彈簧換熱管分別在不同雷諾數(shù)下的場協(xié)同角之間的關系。結果表明采取內(nèi)置分段式彈簧的辦法不僅可以提高傳熱系數(shù),而且可以降低流體在管內(nèi)流動受到的阻力,對于提高強化傳熱的效率具有一定的指導意義。(2)通過流體分析軟件Fluent對內(nèi)置分段式彈簧換熱管內(nèi)的流場進行數(shù)值模擬,分析了不同長度的分段式彈簧及彈簧的結構參數(shù)(節(jié)距、絲徑、中徑)對管內(nèi)流場、傳熱和阻力壓降的影響。模擬結果表明,當雷諾數(shù)相同時,內(nèi)置分段式彈簧換熱管的Nu數(shù)相對于光管提高了2-4倍,內(nèi)置分段式彈簧管的阻力系數(shù)比內(nèi)置未分段式彈簧換熱管的阻力系數(shù)減小3倍左右。并通過數(shù)值方法分析了不同參數(shù)的分段式彈簧對傳熱的影響,得到采用節(jié)距較大,絲徑較大,中徑較小的分段式彈簧插入換熱管將使傳熱效果更好。該結論與上一章的理論分析相一致,說明采用內(nèi)置分段式彈簧的方法有利于達到強化傳熱的目的。(3)搭建了PIV實驗平臺,通過粒子成像測速技術(PIV)對內(nèi)置分段式彈簧管管內(nèi)的流場進行測量,分別研究了不同參數(shù)(節(jié)距、絲徑和中徑)的分段式彈簧對管內(nèi)流場的影響作用。并將所測結果和光管進行對比,結果表明內(nèi)置分段式彈簧管的渦量場和速度場分布情況比光管的要好,在軸向和徑向上的速度均有提高,其中軸向速度提高了約1.2~1.6倍,徑向速度呈現(xiàn)出M型的波動變化,管內(nèi)流體的平均速度與雷諾數(shù)呈線性關系。且內(nèi)置節(jié)距大、絲徑大、中徑小的分段式彈簧管的流動效果最佳,此結果驗證了理論分析和數(shù)值模擬的正確性。
[Abstract]:Spring inserts are widely used in practical engineering as enhanced heat transfer technology. Although the heat transfer coefficient can be increased by this technique, the pressure drop and resistance of the fluid in the tube will also be greatly increased. In this paper, the flow and heat transfer process of the helical spring is studied by theoretical analysis, numerical simulation and experimental study. The main research contents are as follows: (1) combined with the previous research results, the mechanism of heat transfer enhancement of built-in segmented spring is studied, and the relationship between the axial velocity of spring and spring parameters is analyzed by the theory of spring dynamics. The results show that the axial wave velocity of the spring with large pitch, small center diameter and large wire diameter is large, which is beneficial to the spring vibration. Based on the field synergy theory, the relationship between the field coordination angles of the light tube and the built-in segmented spring heat transfer tube under water and water working fluids at different Reynolds numbers is analyzed. The results show that the method of built-in segmented spring can not only increase the heat transfer coefficient, but also reduce the resistance of the fluid flow in the pipe. It has certain guiding significance for improving the efficiency of heat transfer enhancement. (2) numerical simulation of the flow field in the heat transfer pipe of the built-in segmented spring is carried out by fluent, and the structural parameters of the segmented spring with different lengths (pitch distance) are analyzed. The influence of wire diameter and center diameter on the flow field, heat transfer and pressure drop in the tube. The simulation results show that when Reynolds number is the same, the Nu number of the built-in segmented spring heat exchanger pipe is 2-4 times higher than that of the light tube, and the resistance coefficient of the built-in segmented spring tube is about three times less than that of the non-segmented spring heat exchanger tube. The influence of segmented spring with different parameters on heat transfer is analyzed by numerical method. It is concluded that the heat transfer effect will be better if the segmented spring with larger pitch, larger wire diameter and smaller middle diameter is inserted into the heat transfer tube. The conclusion is consistent with the theoretical analysis in the previous chapter, which shows that the method of built-in segmented spring is beneficial to the enhancement of heat transfer. (3) A PIV experimental platform is built. Particle imaging velocimetry (PIV) was used to measure the flow field in a built-in segmented spring tube. The effect of segmented spring with different parameters (pitch, wire diameter and center diameter) on the flow field in the tube was studied. Compared with the light tube, the results show that the vortex field and velocity field distribution of the built-in segmented spring tube is better than that of the light tube, and the axial and radial velocities have been improved, in which the axial velocity has been increased by about 1.2U 1.6 times. The radial velocity shows the fluctuation of M-type, and the average velocity of the fluid in the tube is linearly related to the Reynolds number. The flow effect of segmented spring tube with large pitch, large wire diameter and small center diameter is the best, which verifies the correctness of theoretical analysis and numerical simulation.
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.5

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本文編號：2100371