本文關(guān)鍵詞：非牛頓納米流體在螺旋隔板強化管換熱器殼程的傳熱與流阻特性研究

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【摘要】：18世紀(jì)以來,能源一直起著推動人類和經(jīng)濟發(fā)展的重要角色,但人類對能源日益增長的、難以滿足的需求衍生出十分嚴(yán)峻的環(huán)保問題和可持續(xù)發(fā)展問題,提高能源利用率,提升生產(chǎn)效率,實現(xiàn)節(jié)能減排,已成為大勢所趨。非牛頓流體廣泛應(yīng)用在石油工業(yè)、食品工業(yè)等涉及換熱過程的行業(yè),就目前而言,大部分應(yīng)用領(lǐng)域中的非牛頓流體均有著較大粘度、低雷諾數(shù)等特點,并帶來了傳熱難題,因此,有必要開展強化非牛頓流體傳熱的研究。管殼式換熱器占整個換熱器市場55-70%左右,國內(nèi)外對其研究與改良雖已趨于成熟,卻很難發(fā)現(xiàn)有關(guān)于非牛頓流體在高效管殼式換熱器中的強化傳熱研究報道。本文以質(zhì)量濃度為0.2%的黃原膠(XG)的水溶液作為非牛頓流體基液,在基液中添加不同質(zhì)量的多壁碳納米管(MWCNTs)形成質(zhì)量濃度分別為0.2%、0.5%和1.0%的MWCNTs/XG納米流體,并通過流變特性測試發(fā)現(xiàn)其具有剪切稀化特性,是典型的假塑型流體,屬于非牛頓流體。通過熱導(dǎo)率測試可以判斷,MWCNTs/XG非牛頓納米流體的熱物性比基液優(yōu)異。本文通過實驗研究了基液、0.2wt%、0.5wt%和1.0wt%的MWCNTs/XG非牛頓納米流體在螺旋隔板翅片管換熱器和螺旋隔板橢圓管換熱器殼程的傳熱與流阻特性。實驗結(jié)果表明,與基液相比,質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.5%和1.0%的MWCNTs/XG在翅片管換熱器殼程流動時,總傳熱系數(shù)平均提高了4.6%、13.8%和19.0%,殼程對流傳熱系數(shù)平均提高了4.7%、13.2%和24.3%,努賽爾特數(shù)平均增長了6.2%、13.9%和23.9%,摩擦系數(shù)平均提升了2.8%、4.5%和8.5%,而在橢圓管換熱器殼程流動時,總傳熱系數(shù)平均增大了6.0%、14.0%和22.0%,殼程對流傳熱系數(shù)平均提高了9.0%、39.1%和50.5%,努賽爾特數(shù)平均增長了11.0%、21.0%和35.0%,摩擦系數(shù)平均提升了7.1%、19.4%和31.2%。實驗中所有綜合熱性能因子都大于1�；趥鳠釋嶒灁�(shù)據(jù),本文提出了MWCNTs/XG非牛頓納米流體在螺旋隔板翅片管換熱器和螺旋隔板橢圓管換熱器殼程的努賽爾特數(shù)和摩擦系數(shù)擬合關(guān)系式,所有擬合值與實驗值偏差在±10%以內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：非牛頓納米流體 螺旋隔板 翅片管 橢圓管 強化傳熱
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符號表11-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 前言13-14
• 1.2 非牛頓納米流體的研究進展14-18
• 1.2.1 納米流體的研究進展14-15
• 1.2.2 非牛頓流體的研究進展15-17
• 1.2.3 非牛頓納米流體在傳熱領(lǐng)域的研究進展17-18
• 1.3 管殼式換熱器傳熱技術(shù)的研究進展18-21
• 1.3.1 隔板技術(shù)的研究進展18-20
• 1.3.2 強化管技術(shù)的研究進展20-21
• 1.4 非牛頓納米流體在管殼式換熱器中的研究進展21-22
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容及創(chuàng)新之處22-24
• 1.5.1 本課題的研究內(nèi)容22-23
• 1.5.2 本課題的創(chuàng)新之處23-24
• 第二章 非牛頓納米流體的制備與熱物性分析24-36
• 2.1 非牛頓納米流體的制備24-25
• 2.1.1 基液的制備24
• 2.1.2 MWCNTs /XG非牛頓納米流體的制備24-25
• 2.2 非牛頓納米流體的流變特性分析25-28
• 2.3 非牛頓納米流體的粒徑、密度及穩(wěn)定性測試28-31
• 2.3.1 實驗工質(zhì)的粒徑測試28-29
• 2.3.2 實驗工質(zhì)的密度測試29-30
• 2.3.3 實驗工質(zhì)的穩(wěn)定性測試30-31
• 2.4 非牛頓納米流體的熱導(dǎo)率與比熱容測試31-35
• 2.4.1 實驗工質(zhì)的熱導(dǎo)率測試31-33
• 2.4.2 實驗工質(zhì)的比熱容測試33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 實驗系統(tǒng)與方法36-48
• 3.1 實驗系統(tǒng)36-43
• 3.1.1 實驗流程36-38
• 3.1.2 換熱器結(jié)構(gòu)38-40
• 3.1.3 強化管結(jié)構(gòu)40-41
• 3.1.4 實驗其他設(shè)備41-43
• 3.2 實驗方法43-47
• 3.2.1 前期準(zhǔn)備43-45
• 3.2.2 實驗測量45
• 3.2.3 實驗步驟45-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第四章 實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析48-59
• 4.1 實驗數(shù)據(jù)處理48-54
• 4.1.1 總傳熱系數(shù)的計算48-49
• 4.1.2 螺旋隔板翅片管換熱器殼程對流傳熱系數(shù)的計算49-51
• 4.1.3 螺旋隔板翅片管換熱器殼程努賽爾特數(shù)、雷諾數(shù)和普朗特數(shù)的計算51-52
• 4.1.4 螺旋隔板橢圓管換熱器殼程對流傳熱系數(shù)的計算52-53
• 4.1.5 螺旋隔板橢圓管換熱器殼程努賽爾特數(shù)、雷諾數(shù)和普朗特數(shù)的計算53-54
• 4.2 實驗誤差分析54-57
• 4.2.1 實驗熱平衡偏差54
• 4.2.2 實驗不確定性分析54-55
• 4.2.3 總傳熱系數(shù)不確定性分析55-57
• 4.2.4 殼程傳熱系數(shù)和努賽爾特數(shù)不確定性分析57
• 4.2.5 摩擦系數(shù)不確定性分析57
• 4.2.6 螺旋隔板橢圓管換熱器殼程的努賽爾特數(shù)和摩擦系數(shù)不確定性分析57
• 4.3 本章小結(jié)57-59
• 第五章 實驗結(jié)果和討論59-77
• 5.1 螺旋隔板翅片管換熱器殼程傳熱與流阻特性研究59-68
• 5.1.1 殼程總傳熱系數(shù)與殼程對流傳熱系數(shù)的研究59-61
• 5.1.2 殼程努賽爾特數(shù)的研究61-62
• 5.1.3 殼程壓降與摩擦系數(shù)的研究62-63
• 5.1.4 螺旋隔板翅片管換熱器熱阻的研究63-64
• 5.1.5 非牛頓納米流體綜合熱性能因子的研究64-66
• 5.1.6 殼程的努賽爾特數(shù)和摩擦系數(shù)的擬合研究66-68
• 5.2 螺旋隔板橢圓管換熱器殼程傳熱與流阻特性研究68-75
• 5.2.1 殼程總傳熱系數(shù)與殼程對流傳熱系數(shù)的研究68-70
• 5.2.2 殼程努賽爾特數(shù)的研究70-71
• 5.2.3 殼程摩擦系數(shù)的研究71
• 5.2.4 螺旋隔板橢圓管換熱器熱阻的研究71-72
• 5.2.5 非牛頓納米流體綜合熱性能因子的研究72-73
• 5.2.6 殼程努賽爾特數(shù)和摩擦系數(shù)的擬合研究73-75
• 5.3 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果86-87
• 致謝87-88
• 附件88

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