伴随有凝结发生的椭圆管外对流换热特性的数值研究

发布时间：2017-12-21 07:05

  本文关键词：伴随有凝结发生的椭圆管外对流换热特性的数值研究　出处：《太原理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：含有不凝性气体的凝结传热问题广泛存在于各种换热设备中,如采暖通风与空调换热设备(HVAC)、非能动安全壳冷却系统(PCCS)、特别是冷凝式燃气锅炉尾部烟气冷凝式换热器。不凝性气体的存在对蒸汽凝结有很大影响,与纯蒸汽凝结相比,其过程更为复杂。鉴于实际中含不凝气体的凝结现象较普遍,而目前关于椭圆管外该现象的研究较少,本文利用商用软件ANSYS Fluent 15.0对含不凝气体的水蒸汽掠过椭圆管外的凝结换热特性进行研究。首先对该现象进行理论分析,并编写相关凝结自定义函数(UDF)程序,进行算法验证;然后对蒸汽与不凝气体组成混合气体流经单管外的凝结换热情况进行研究;随后,对该混合气体流经管束的凝结换热以及阻力情况进行研究,重点考察管束不同的排列方式、椭圆管长短轴比(a/b)、进口水蒸汽浓度(Yv)以及进口流速(v)对凝结换热系数、流动阻力以及综合换热因子的影响,并详细讨论沿流程局部凝结换热系数的变化情况。对气体横掠单管的研究发现,与圆管相比,椭圆管外凝结换热系数有所降低,但下降幅度随椭圆管长短轴比增大而减小;当来流速度或蒸汽质量分数增大时,椭圆管外的平均凝结换热系数随之增大;当水蒸汽质量分数较高时,椭圆管外复合换热系数(凝结与对流换热系数之和)随椭圆管长短轴比的增大有明显下降;反之,下降趋势不明显。对不同排列方式的多排管束研究发现:1)顺排布置时,第一排的管外平均凝结换热系数最大。而叉排布置时,最大值在第二排产生;2)不管管束采取何种布置方式,其管外平均凝结换热系数随流动方向总体呈现下降趋势。对于顺排布置:当管排数n≤3时,下降迅速;当管排数n3时,下降趋势较缓慢。叉排布置时,对于前4排,其管外平均凝结换热系数最小值为第3排,当n4时,为下降趋势,且比顺排下降更显著。3)管束布置方式不同,最后一排管管外平均凝结换热系数变化情况截然不同。顺排布置时,最后一排管管外平均凝结换热系数出现一定程度跃升,即高于前一排管。叉排布置时,最后一排管管外平均凝结换热系数出现明显骤降。4)对于顺排和叉排,随着长短轴比a/b增大,凝结率以及复合换热系数均减小,但减小程度越来越小。与顺排相比,叉排下降更明显。此外,其阻力特性也呈现相似的变化趋势。5)进口流速以及水蒸汽浓度增大均会引起凝结率以及换热系数增大,叉排凝结率与换热强度比顺排的高,在本研究范围内,凝结率平均提高7.80%,换热系数平均提高24.06%,而流动阻力平均增加了83.52%。6)从综合换热因子和场协同理论两个角度来考虑,随着a/b的增大,综合性能因子减小,同时场协同角增大,均说明同周长的椭圆管性能均低于圆管。因此,从潜热回收、提高换热强度来选择,选叉排合适;而从减小阻力以及综合换热与阻力角度来考虑,优先选择顺排管。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124

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本文编号：1315141