能源是人類社會(huì)生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),合理有效利用能源、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境,是我國(guó)發(fā)展所面臨的緊迫任務(wù)。管殼式換熱器適用性強(qiáng),可靠性高,常作為傳熱的重要設(shè)備。但其換熱列管為光管,管壁處存在以導(dǎo)熱效應(yīng)為主的粘性底層而使得換熱效果不理想,能源利用率低。因此,研究新型高效的強(qiáng)化換熱技術(shù)來提高換熱器的能源利用率,實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的的意義重大。本文提出一種管內(nèi)采用導(dǎo)熱系數(shù)良好的微米顆粒多相流作為換熱介質(zhì)來強(qiáng)化管內(nèi)對(duì)流換熱的方法。對(duì)顆粒粒徑為5μm,顆粒材料分別為石墨、Al₂O₃、Cu O,雷諾數(shù)Re范圍為7400～23000,顆粒體積分?jǐn)?shù)分別為0.25%、0.5%、0.75%和1%的顆粒流的努塞爾數(shù)Nu和摩擦因子f進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。三種微米顆粒多相流的努塞爾數(shù)Nu明顯高于水介質(zhì)。石墨顆粒流的努塞爾數(shù)Nu增幅最明顯,其次是Al₂O₃和Cu O。三種顆粒流的摩擦因子f均要高于水介質(zhì),Cu O顆粒流增幅最大,石墨顆粒流最小。三種顆粒流的綜合傳熱性能評(píng)價(jià)因子η均優(yōu)于水介質(zhì),其中石墨微米顆粒流的換熱效果最好,η因子最高達(dá)到2.... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

邊界層的形成與發(fā)展過程

微米顆粒多相流強(qiáng)化換熱機(jī)理及影響規(guī)律研究3大的區(qū)域產(chǎn)生流體擾動(dòng)作用，從而降低該區(qū)域的傳熱熱阻，達(dá)到提高傳熱系數(shù)的目的。通過合理地提高熱交換器的單位體積的傳熱面積來增強(qiáng)傳熱效果，比如在換熱器上大量使用單位體積傳熱面積比較大的波紋管和翅片管等材料，使得熱交換器的單位體積的傳熱面積明顯提高，從而達(dá)到換熱設(shè)備高效、緊湊的目的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的和應(yīng)用的提高換熱效果的具體技術(shù)總結(jié)如下：1.2.1異型管技術(shù)傳統(tǒng)的圓管或方管為單一截面形狀的直管，流體在管中流線軌跡為直線，介質(zhì)在壁面處流動(dòng)時(shí)對(duì)流強(qiáng)度不大，使得徑向方向的動(dòng)量和能量的交換弱，導(dǎo)致?lián)Q熱效率低。于是開發(fā)出了各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的異型管，該管壁有規(guī)律性的變化增強(qiáng)了管壁的對(duì)流強(qiáng)度和壁面擾動(dòng)，提高了換熱效率。國(guó)內(nèi)外已研究出各種各樣的異型管，主要有螺旋槽管、橫紋管、波節(jié)管、扭曲管以及翅片管等，見圖1-2所示。(a)螺旋槽管(b)橫紋管(c)波節(jié)管(d)扭曲管(e)翅片管圖1-2異型管結(jié)構(gòu)圖Figure1-2Structurediagramofshapedtube:(a)spirallyslottedtube;(b)transverselycorrugatedtube;(c)corrugatedtube;(d)twistedduct;(e)finnedtube.BhadouriyaR等[1]通過三維數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究了扭曲方管內(nèi)部氣流的傳熱和流阻特性。對(duì)均勻壁溫邊界條件，扭曲比為11.5和16.5，雷諾數(shù)Re范圍為600~70000的空氣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，從層流到湍流狀態(tài)，傳熱和壓降都得到顯著提高，直到雷諾數(shù)為9500，確定了層流到湍流的過渡點(diǎn)。與直角方管相比，扭曲比為11.5時(shí)，傳熱和壓降相對(duì)較高。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在雷諾數(shù)Re為100~100000范圍內(nèi)，由于次級(jí)流的強(qiáng)烈存在，扭曲方管在層流中表現(xiàn)良好，在湍流狀態(tài)中也有一

礱鰨珻RT和TT組合作用的效果要比單獨(dú)使用CRT的要好。與僅使用圓環(huán)湍流器CRT的相比，雷諾數(shù)，摩擦因子和綜合傳熱因子的平均值分別增加了25.8%，82.8%和6.3%，最高綜合傳熱系數(shù)為1.42。SmithE題組對(duì)內(nèi)插不同旋向、不同錯(cuò)開形式、不同交替方式、不同翅片形狀等各種扭帶進(jìn)行了大量的換熱性能實(shí)驗(yàn)，得出了扭帶對(duì)摩擦因數(shù)及傳熱性能的影響規(guī)律，同時(shí)給出了不同類型扭帶的努塞爾數(shù)Nu的關(guān)聯(lián)式以及傳熱性能評(píng)價(jià)因子，為扭帶強(qiáng)化傳熱技術(shù)的選擇與工程應(yīng)用提供了合理地參考依據(jù)。(a)普通扭帶(b)打孔扭帶(c)剪切扭帶(d)帶翼扭帶圖1-3扭帶結(jié)構(gòu)圖Figure1-3Structureoftwistedtape:(a)typicaltwistedtape;(b)perforatedtwistedtape;(c)twistedtapewithalternateaxis;(d)twistedtapewithrectangularwings.PongjetP等[17]通過實(shí)驗(yàn)研究了在恒定熱流條件下，在雷諾數(shù)Re范圍為4000~30000，扭率分別為4和5，三個(gè)翼片與風(fēng)管高度比分別為0.1、0.15和0.2，四個(gè)翼片間距與扭帶寬度比分別為2、2.5、4和5以及小翼迎角為30°的方管內(nèi)裝有扭帶和小翼渦流發(fā)生器的傳熱特性和阻力損失特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，裝有扭帶和小翼渦流發(fā)生器的方管的努塞爾數(shù)Nu與摩擦因子f隨著翼片與風(fēng)管高度比的増大而增大，隨著間距與帶寬比的減小而増大。當(dāng)扭率為4，翼片與風(fēng)管高度比為0.2，翼片間距與帶寬比為2時(shí)，傳熱和阻力損失最大，當(dāng)扭率為4，翼片與風(fēng)管高度比為0.1，翼片間距與扭帶寬度比為2時(shí)，綜合傳熱效果最佳。裝有扭帶和小翼渦流發(fā)生器的組合技術(shù)比裝單一扭帶技術(shù)的傳熱性能提高約17%。Patil和Babu[18,19]以水為換熱介質(zhì)，冷水以逆流方式流經(jīng)內(nèi)部方管，熱水流經(jīng)圓形環(huán)。在層流狀態(tài)下，雷諾數(shù)Re為100~2100的范圍內(nèi)，在接近均勻的壁溫條件下，對(duì)內(nèi)插入變扭率（遞增和?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單向開縫翅片管換熱器傳熱與阻力特性試驗(yàn)研究[J]. 施興興,袁益超.  低溫與超導(dǎo). 2019(07)
[2]Experimental and numerical study of ?ow structures of the second-mode instability[J]. Yiding ZHU.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(02)
[3]管內(nèi)Cu-水微米顆粒流湍流強(qiáng)化傳熱研究[J]. 王濤,金偉婭,高增梁,肖俊建,陶薇,湯劍.  振動(dòng)與沖擊. 2018(05)
[4]Effect of inertial particles with different specific heat capacities on heat transfer in particle-laden turbulent flow[J]. Caixi LIU,Shuai TANG,Yuhong DONG.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2017(08)
[5]LBM和CFD數(shù)值模擬錯(cuò)流列管流體力學(xué)的效率比較[J]. 袁夢(mèng)霞,喬秀臣.  過程工程學(xué)報(bào). 2018(01)
[6]橫紋槽管內(nèi)插扭帶復(fù)合強(qiáng)化傳熱的試驗(yàn)研究[J]. 雷詩毅,郭亞軍,桂淼,畢勤成.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(24)
[7]引水隧洞施工通風(fēng)Euler-Lagrange兩相流大渦模擬[J]. 王曉玲,朱澤彪,劉震,劉長(zhǎng)欣,禹旺.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2017(07)
[8]內(nèi)置扭帶管Cu-水納米流體的流動(dòng)和傳熱特性[J]. 孫斌,顏鼎峰,楊迪.  東北電力大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(01)
[9]細(xì)小圓管內(nèi)Micro-PCMS紊流對(duì)流傳熱特性的CFD?DPM模擬[J]. 魯進(jìn)利,張汪林,韓亞芳,錢付平.  過程工程學(xué)報(bào). 2015(05)
[10]納米流體在內(nèi)置扭帶管的傳熱數(shù)值模擬[J]. 孫斌,劉彤.  東北電力大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(02)

碩士論文
[1]換熱管內(nèi)插組合扭帶強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D]. 劉宜仔.廣西大學(xué) 2015
[2]納米流體強(qiáng)化換熱及流動(dòng)特性的LBM模擬[D]. 秦道洋.大連理工大學(xué) 2012
[3]水平管循環(huán)流化床換熱器防、除垢的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張恒.河北工業(yè)大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3097723