超声空化对强化换热效果影响的研究

发布时间：2019-11-05 10:18

【摘要】：超声波具有高效、清洁、环保的特点,在社会生活中的许多方面得到广泛应用。本文在前人研究的基础上,主要研究了换热器内超声空化效应对换热管换热效果的影响,并应用场协同理论对换热管内速度场与温度场的协同程度进行分析,同时采用综合性能系数指标对各换热管的换热效果进行综合评价。首先,本文对圆管、横纹管、波节管以及波纹管建立相关的物理模型和数学模型,并分析和比较了标准的k-?模型、RNG k-?模型、Realizable k-?模型的优缺点,针对所研究的换热管内流体流动的具体情况,指出选择标准的k-?湍流模型存在的优势,以及采用有限差分法进行数值求解计算。其次,应用Fluent软件对不同工况下各换热管内的换热效果进行数值模拟,计算得出各换热管内努塞尔数、场协同数、综合性能系数随雷诺数的变化关系以及努塞尔数、场协同数沿局部管长的变化情况,通过对比分析发现:在没有超声波作用的情况下,各换热管的努塞尔数、场协同数、综合性能系数均随雷诺数的增大而增大;在换热方面,横纹管的换热能力最强,波纹管次之,圆管最差,并且横纹管内速度场与温度场的协同程度较好,综合性能指标较高。最后,对超声空化作用机理、超声空化动力学模型、空化数的概念及物理意义、空化泡崩溃时的最高温度和最大压力进行了简单介绍,重点模拟了超声空化效应对各换热管换热效果的影响。研究了在超声空化作用下超声波频率、超声波声压幅值以及空化泡的多少对换热效果带来的影响,并应用超声空化方面的有关知识从理论方面对结果进行了分析,比较了在有无超声空化作用的情况下各换热管内换热效果的变化规律。分析结果表明:换热管内发生超声空化效应时,各换热管的换热能力都增强,并且超声波频率越小、声压幅值越大、空化泡数量越多,各换热管换热效果提高的越明显;声压幅值越大、空化数较小,场协同数就较大,此时换热管内速度场与温度场的协同程度越好;圆管、波纹管内综合性能系数均大于1,而横纹管、波节管的综合性能系数均小于1,此时圆管和波纹管符合强化换热与流体减阻之间的关系,更适合进行强化换热。
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124

【参考文献】