本文選題：廢棄井巷 + 粗糙豎壁　； 參考：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：為充分的利用好礦區(qū)豐富的地?zé)豳Y源,提出了廢棄井巷噴淋降膜余熱利用技術(shù)理念,噴淋系統(tǒng)在井巷壁面形成水膜與巷道壁面進(jìn)行換熱,收集換熱之后的水源作為礦井水源熱泵的冷熱源,解決礦井水源熱泵涌水量不足的問(wèn)題,具有較好的應(yīng)用前景。廢棄井巷噴淋降膜余熱利用的核心是研究豎壁降水膜與壁面間的流動(dòng)換熱過(guò)程,屬于粗糙條件下豎壁湍流降膜換熱過(guò)程。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外研究粗糙壁面降膜流動(dòng)換熱過(guò)程所存在的欠缺,利用豎壁降膜速度分布以及雷諾類似律,推導(dǎo)出表征粗糙度影響豎壁湍流降膜換熱特性的St準(zhǔn)則公式;并根據(jù)相似理論及傳熱學(xué)原理,模擬廢棄巷道內(nèi)的真實(shí)情況,設(shè)計(jì)并搭建了粗糙壁面條件下豎壁降膜流動(dòng)換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),開(kāi)展了湍流降膜流動(dòng)換熱特性試驗(yàn)研究,分析了噴水量、進(jìn)口水溫、平均膜厚、平均流速、及粗糙度等參數(shù)對(duì)豎壁降膜換熱特性影響,并與理論所得公式進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,以期為廢棄井巷噴淋降膜余熱利用技術(shù)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo),取得的主要研究成果如下:(1)理論研究了豎壁降膜流動(dòng)換熱特性。利用雷諾類似律分別推導(dǎo)出光滑及表征粗糙度影響豎壁湍流降膜換熱特性的斯坦登準(zhǔn)則理論公式,對(duì)比發(fā)現(xiàn),粗糙基元之間的坑洼里的分子傳導(dǎo)過(guò)程形成的傳熱阻力、Pr數(shù)、粗糙度以及流量導(dǎo)致的降膜平均膜厚和平均流速的變化是影響湍流降膜換熱的主要因素。(2)設(shè)計(jì)與搭建了粗糙條件下豎壁降膜換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。模擬廢棄巷道內(nèi)的真實(shí)情況,在解決入口段長(zhǎng)度的確定、熱流量控制及溫度測(cè)點(diǎn)布置、不同壁面粗糙度形成和淋水量控制等一系列關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上建立形成了豎壁降膜換熱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),主要包括給水噴淋系統(tǒng)、豎直粗糙壁面和數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng),此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)淋水量、降膜流速、降膜膜厚、壁面溫度以及降膜進(jìn)出口溫度及分布規(guī)律的控制和監(jiān)測(cè),該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立為開(kāi)展豎壁降膜流動(dòng)和換熱特性研究提供了條件。(3)分別開(kāi)展了豎壁降膜流動(dòng)和換熱特性實(shí)驗(yàn),研究了同一粗糙度條件下,湍流降膜平均膜厚、平均流速等主要流動(dòng)特性在不同流量、進(jìn)口溫度下的變化情況,并在此基礎(chǔ)上分析粗糙條件下,湍流降膜與粗糙壁面的換熱系數(shù)在不同流量、進(jìn)口溫度下的變化特性。研究表明:在本研究控制的流量范圍內(nèi),壁面與降膜之間的對(duì)流換熱系數(shù)隨著流量的增加而增大,但增長(zhǎng)速度越來(lái)越慢,且St準(zhǔn)則數(shù)隨著流量的增大而減小;在同一噴水量情況下,豎壁與湍流降膜之間的換熱系數(shù)隨著Pr值的減小而增大。即流量增大并不能無(wú)限提高壁面湍流降膜的換熱系數(shù),當(dāng)流量增大到某一值時(shí),必須依靠其他手段,比如增加進(jìn)口溫度等措施來(lái)提高壁面與降膜的對(duì)流換熱系數(shù)。(4)研究了粗糙度對(duì)豎壁降膜流動(dòng)換熱特性的影響,針對(duì)三種不同粗糙度的壁面分別進(jìn)行湍流降膜流動(dòng)及換熱特性實(shí)驗(yàn)研究,分析降膜平均膜厚以及平均換熱系數(shù)等在不同流量、進(jìn)口溫度、壁面粗糙度下的變化情況,研究表明:粗糙度增大并未改變降膜運(yùn)動(dòng)所特有的流動(dòng)特質(zhì),粗糙度的增大加強(qiáng)了降膜波動(dòng)性,使得同一條件下降膜的平均膜厚減小,降膜的平均流速增加,且壁面摩阻系數(shù)增大,加強(qiáng)了湍流降膜與固體壁面之間的換熱效率,粗糙度的增大還會(huì)加強(qiáng)獨(dú)立波內(nèi)部的回流擾動(dòng),加強(qiáng)了降膜內(nèi)部的對(duì)流換熱效率。因此,廢棄井巷噴淋降膜系統(tǒng)在保證湍流降膜不出現(xiàn)破斷或破壞的前提下,可以通過(guò)適當(dāng)增加壁面的粗糙度來(lái)提高降膜的換熱系數(shù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD26

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1768302