【摘要】：對于化石能源枯竭和能源環(huán)境污染問題,世界各國都制定能源發(fā)展戰(zhàn)略,以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、資源有效利用、環(huán)境不斷改善的目標(biāo)。換熱器廣泛應(yīng)用于石油、化工、能源及制藥等行業(yè)中。換熱器是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備,換熱器的生產(chǎn)和使用更加節(jié)約、優(yōu)質(zhì)、清潔和安全是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本方法。提高換熱器傳熱效率,防止傳熱面污垢沉積是提高換熱效率的重要措施,對國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會效益。本文運(yùn)用管內(nèi)插螺旋片液固兩相流的復(fù)合強(qiáng)化傳熱技術(shù),針對該技術(shù)對換熱管傳熱性能的影響開展工作。簡要介紹內(nèi)插螺旋片和通入固體顆粒復(fù)合強(qiáng)化傳熱技術(shù)的基礎(chǔ)理論,為后期數(shù)值模擬提供理論依據(jù)。通過數(shù)值計算對影響換熱管傳熱性能的參數(shù)如螺旋片的片高,螺旋片的螺距,螺旋片的間距,固體顆粒的體積濃度以及顆粒直徑進(jìn)行優(yōu)化研究,獲得影響換熱管內(nèi)插螺旋片液固兩相流傳熱性能的優(yōu)化參數(shù)組合。本文主要工作和研究的結(jié)果如下:首先根據(jù)換熱管實(shí)際工程問題,建立合適的數(shù)學(xué)模型。對相應(yīng)的計算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分后,利用Fluent軟件對換熱管三維物理模型的求解計算域進(jìn)行數(shù)值模擬,研究分析內(nèi)插螺旋片并加入固體顆粒對換熱管傳熱性能和阻力性能的影響。并結(jié)合判定綜合傳熱性能的評價指標(biāo)的分析,對內(nèi)置螺旋片并加入固體顆粒的換熱管的傳熱性能進(jìn)行綜合評價。其次采用Fluent軟件對換熱管內(nèi)插螺旋片并加入顆粒的傳熱特性和阻力特性進(jìn)行數(shù)值仿真,分析了螺旋片的片高,螺旋片的螺距,螺旋片的間距,固體顆粒的體積濃度以及顆粒直徑等五個參數(shù)對換熱管傳熱和沿程阻力的影響。結(jié)合傳熱性能的綜合評價準(zhǔn)則數(shù)的分析,綜合考量上述五個參數(shù)對內(nèi)插螺旋片并通入顆粒的換熱管綜合傳熱性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):換熱管內(nèi)插螺旋片使管內(nèi)流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),促進(jìn)徑向混合,且流體受到固體顆粒的擾動及固體顆粒對壁面的碰撞,擾動了流體的溫度邊界層和速度邊界層。強(qiáng)化傳熱性能的同時伴隨著阻力性能的提高,相較于光管,換熱管內(nèi)插螺旋片液固兩相流的綜合傳熱性能顯著增強(qiáng),為換熱管各結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化研究提供了參考方向。最后在正交試驗(yàn)法基礎(chǔ)上,對螺旋片的片高h(yuǎn),螺旋片的螺距s,螺旋片的間距l(xiāng),固體顆粒的體積濃度c以及顆粒直徑d等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。研究結(jié)果表明:各參數(shù)對換熱管內(nèi)插螺旋片液固兩相流傳熱性能的影響程度,螺旋片的螺距影響最大,其次是顆粒的直徑和螺旋片的片高,最后是螺旋片的間距和顆粒的濃度;基于本文所研究的模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)選定范圍,螺旋片的螺距對換熱管綜合性能影響最大,螺旋片的間距和顆粒濃度對換熱管綜合性能的影響效果相近;并得到影響換熱管綜合性能的最優(yōu)化參數(shù)組合,分別為螺旋片的片高h(yuǎn)=4mm,螺旋片的螺距s=60mm,螺旋片的間距l(xiāng)=400mm,顆粒的體積濃度c=5%以及顆粒直徑d=1.2mm。結(jié)合對數(shù)值計算結(jié)果的速度場和溫度場的分析,該參數(shù)組合的管子綜合傳熱性能確實(shí)得到顯著提升。
【圖文】：

圖 2.1 流體在圓管入口段內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩rFig.2.1 The development of fluid at the inlet of the tube流道在整個入口段內(nèi)的壓降可用下式表示：pkdxUP=+Δθξρ201/2……………………………:0U 為來流速度， ρ 為流體的密度， ξ 是完全穩(wěn)定流動的摩擦阻力系當(dāng)量直徑，pk 為考慮入口段內(nèi)附加壓力損失的參數(shù)。參數(shù)pk 包括消耗于穩(wěn)定流速分布形成過程中的附加壓降。當(dāng)流道內(nèi)流過程完成時，pk 值即成為常量，表示全入口段內(nèi)的壓力損失究竟比穩(wěn)況增加多少。對于各種不同形狀的流道，參數(shù)pk 可用一個綜合式來表dFUuUuFkFp =020302………………………

道由若干彎曲或轉(zhuǎn)折表面構(gòu)成時，可以觀著的變化。當(dāng)無界流掠過物體時，在物體物的液體。然而，在流道內(nèi)部的全部表面體發(fā)生作用，而且其中的大型漩渦的尺寸，當(dāng)流動發(fā)展階段完成之后，，其平均液流不再發(fā)生變化，這就是流動達(dá)到了充分發(fā)工況相比，流體的速度在流道截面上的變生在占直徑 15%的近壁面的區(qū)域[53]。近壁。圖中數(shù)字 1~4 依次對應(yīng)的區(qū)域是：粘性心。字母 A、B、C 對應(yīng)的是近壁層、粘
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE965

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 伍世平;通電螺旋管磁場演示器[J];實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器;1999年04期

2 鐘建華;馮凱;唐治立;;多頭螺旋管結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計研究[J];有色金屬科學(xué)與工程;2013年01期

3 肖峰;王秋雷;葉玲麗;;中空消音螺旋管擠出模設(shè)計[J];模具工業(yè);2011年07期

4 李琦;盧上崢;唐雄翟;;冷卻交換器薄壁鈦螺旋管的焊接工藝[J];焊接技術(shù);2007年03期

5 張成;楊曉京;;HDPE塑料螺旋管的推廣和應(yīng)用[J];化學(xué)建材;2006年01期

6 張成;楊曉京;;HDPE板帶螺旋管的推廣和應(yīng)用[J];工程塑料應(yīng)用;2006年03期

7 魏善清;塑料螺旋管在室外雨水管網(wǎng)中的應(yīng)用分析[J];給水排水;2004年02期

8 孔江柱;淺議塑料螺旋管在排水施工中的應(yīng)用[J];山西建筑;2003年07期

9 陳連祿,馬正超,趙肖春;塑料螺旋管道在軟土地基中的施工技術(shù)[J];浙江建筑;2003年01期

10 張科桂;塑料螺旋管在昌馬西一支干渠工程中的應(yīng)用[J];發(fā)展;2001年S1期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張軍;郭軍;唐馳;龔道童;鄭之初;;螺旋管和T型管的模擬試驗(yàn)[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

2 章本照;陳華軍;;旋轉(zhuǎn)矩形截面螺旋管內(nèi)對流傳熱特性的研究[A];第十六屆全國水動力學(xué)研討會文集[C];2002年

3 孫星;徐可可;孟華;;螺旋管幾何參數(shù)對超臨界壓力正癸烷湍流流動與傳熱的影響[A];中國航天第三專業(yè)信息網(wǎng)第三十八屆技術(shù)交流會暨第二屆空天動力聯(lián)合會議論文集——發(fā)動機(jī)熱管理技術(shù)[C];2017年

4 ;帶螺旋管的各點(diǎn)等溫SDC311/5015量熱儀[A];湖北省電機(jī)工程學(xué)會電廠化學(xué)專委會2007年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

5 鄭之初;吳應(yīng)湘;李清平;郭軍;張軍;唐馳;龔道童;;復(fù)合式分離器研究[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

6 姜文源;呂暉;劉彥菁;;加強(qiáng)型內(nèi)螺旋管和加強(qiáng)型旋流器的發(fā)展軌跡[A];中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會建筑給水排水專業(yè)委員會、中國土木工程學(xué)會水工業(yè)分會建筑給水排水委員會2015年學(xué)術(shù)交流年會論文集[C];2015年

7 鄭之初;吳應(yīng)湘;李清平;張軍;郭軍;唐馳;周永;龔道童;;復(fù)合式油氣水分離器研究[A];2005年度海洋工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

8 王克亮;崔海清;吳輔兵;鄭曉松;;螺旋管道內(nèi)冪律流體流動壓力梯度的計算[A];第七屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第十九屆全國水動力學(xué)研討會文集（上冊）[C];2005年

9 鄭之初;張軍;郭軍;龔道童;唐馳;;復(fù)合式油氣水分離器研究進(jìn)展之二——分離器樣機(jī)試驗(yàn)[A];第七屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第十九屆全國水動力學(xué)研討會文集（上冊）[C];2005年

10 周維;張國鴻;閻小康;;離心式螺旋管構(gòu)件熱交換器流體力學(xué)分析報告[A];中國制冷學(xué)會2005年制冷空調(diào)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 周茂林 陳勝利;PE-C碳素纖維螺旋管生產(chǎn)線走在世界前列[N];中國技術(shù)市場報;2010年

2 吳鋼;焊管小漲 螺旋管平穩(wěn)[N];現(xiàn)代物流報;2007年

3 鹿茸;抓住未來 從現(xiàn)在做起[N];現(xiàn)代物流報;2007年

4 靳朝輝;回收熱源 節(jié)能環(huán)保[N];中國社會科學(xué)報;2012年

5 李想;部分地區(qū)管材價格穩(wěn)中趨漲[N];現(xiàn)代物流報;2007年

6 重慶 李元林;自己動手——制作放大鏡夾子燈[N];電子報;2015年

7 龐英邋白國紅;人才·人品·文化[N];現(xiàn)代物流報;2007年

8 段眾橋;瞄準(zhǔn)現(xiàn)代化 實(shí)現(xiàn)大跨越[N];中華建筑報;2006年

9 本報記者 王玉貴;產(chǎn)品是否節(jié)能 市民不太關(guān)心[N];南充日報;2009年

10 許敬民;買到三無產(chǎn)品 春雷熱線解憂[N];中國質(zhì)量報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊梅;螺旋管中超臨界CO_2冷卻換熱性能研究[D];重慶大學(xué);2018年

2 王克亮;冪律流體在螺旋管道內(nèi)的流動[D];大慶石油學(xué)院;2004年

3 陳常念;臥式螺旋管內(nèi)臨界熱流密度特性及其流體�；椒ㄑ芯縖D];山東大學(xué);2010年

4 邵莉;R134a在臥式螺旋管內(nèi)的兩相流動與傳熱特性研究[D];山東大學(xué);2009年

5 鄭萬冬;海水源熱泵用雙螺旋管海水換熱器傳熱特性的研究[D];天津大學(xué);2015年

6 崔文智;三維微肋螺旋管內(nèi)流動沸騰傳熱與流型[D];重慶大學(xué);2003年

7 薛國民;油田地面油氣水三相流測量方法及應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

8 孔令健;螺旋管內(nèi)過冷沸騰換熱特性及氣泡行為研究[D];山東大學(xué);2016年

9 王淑香;CO_2在螺旋管內(nèi)流動與傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究[D];華北電力大學(xué);2014年

10 張金鎖;旋轉(zhuǎn)曲線管道粘性流體流動特性研究[D];浙江大學(xué);2001年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李歡;內(nèi)置線圈的螺旋微細(xì)通道流動及傳熱研究[D];廣西大學(xué);2019年

2 舒夢梅;冷凝器換熱管內(nèi)插螺旋片液固兩相流傳熱性能研究[D];南華大學(xué);2019年

3 翟新鋒;螺旋管內(nèi)TiO_2-H_2O納米流體傳熱與流動特性研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

4 徐培迪;螺旋通道水凝膠纖維的制備及其類血管功能的研究[D];清華大學(xué);2017年

5 閆致江;壁面沉浸式螺旋管加熱器沼氣池冬季產(chǎn)氣量的實(shí)驗(yàn)數(shù)值研究[D];山東建筑大學(xué);2018年

6 陳天銘;小型堆直流蒸汽發(fā)生器的傳熱及流動的工程計算方法研究[D];重慶大學(xué);2018年

7 齊紫梅;等壁厚螺旋管增量鍛造成形工藝及其機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2016年

8 李蘇;螺旋四葉管換熱性能數(shù)值模擬研究[D];青島科技大學(xué);2017年

9 李雪嬌;厚壁螺旋管成型設(shè)備研究及有限元分析[D];吉林大學(xué);2013年

10 徐洪濤;螺旋管道內(nèi)的流動阻力和傳熱性能研究[D];華東理工大學(xué);2011年

本文編號：2681728