管内插椭球体强化循环粒子传热性能影响研究

发布时间：2019-11-15 20:14

【摘要】：换热管内结垢问题对换热器换热性能有很大影响,液固两相流有较强的除垢防垢及强化传热作用。在综合分析现有多相流应用技术的基础上,提出管内插椭球体强化液固两相流技术。本文从理论分析、数值模拟、实验研究与应用几个方面分析了管内插椭球体对液固两相流流动及除垢防垢的影响,论文主要由以下内容构成。首先,分析了换热器强化传热及除垢防垢技术的研究和应用现状,对多相流强化传热技术的国内外研究应用现状、数值模拟方法和实验测试手段等进行了总结,提出本课题及研究方法。其次,介绍了液固两相流基本理论,对液固两相流中连续相及离散相的计算模型及控制方程进行了介绍,并对离散相的求解过程、运动方程、湍流扩散模型及磨损模型进行了介绍。第三,采用Fluent软件针对管内插椭球体对管内流场、传热性能、阻力性能、磨损量及磨损均匀性进行了模拟,根据前期工作确定的模拟参数做三因素(流体流速、椭球体长短轴比值、椭球体安装间距)、三水平的计算,对流场、阻力性能、磨损量及磨损均匀性进行综合分析,并通过正交因素法对螺旋结构参数进行分析和优化,通过综合性能评价得出了较优组。第四,通过自主搭建的自循环流态化换热器实验平台,以及根据模拟参数购置的内插椭球体和颗粒,实验研究了内插椭球体结构参数、工艺参数对强化传热及除垢防垢性能的影响。综合数值模拟和实验研究发现:管内插椭球体使得管内流体呈分散螺旋流动,使得流体直接冲击管壁面。同时固相颗粒随流体冲击管壁面,大大增加了颗粒与管壁的碰撞机率,破坏了流动边界层和温度边界层,增大了湍流强度,使得传热系数大幅度的提高。因此管内插椭球体强化传热及除垢防垢技术必将拥有较高的工业应用价值。
【图文】：

湘潭大学硕士学位论文续扭带具有更大的管内流体湍流度，同时具有更好换热效果，且流体阻力相较小。在实际工业应用过程中，分段扭带制造安装过程繁杂，人工成本较高，实用性有待考察。在传统扭带的应用过程中，人们发现了扭带具有的一些弊端，通过总结分析提出了许多新型扭带结构，或对传统扭带进行新的组合尝试，并进行了大量研究分析。K.Wongcharee 等[37]通过将普通扭带设计为同轴交错形式，并通过实验进行对比，实验结果表明同轴交错扭带的换热性能、阻力性能均高于普通扭带，进一步分析显示综合性能同样高于普通扭带，这表明对传统扭带进行有益的改造有助于强化传热。雷勇刚等[38]总结分析扭带已有的各种改造，推出中空交错扭带，模拟计算了其对流场、换热性能及阻力性能的影响，内插新型中空交错扭 带 相 较 于 光 管 换 热 性 能 提 高 了 76.3%~149.8% ， 阻 力 性 能 提 高 了380.3%~443.7%，较传统内插扭带换热性能提高了 34.2%~46.9%，但阻力性能下降了 8.1%~16.2%，在低雷诺数情况下综合性能更好。

湘潭大学硕士学位论文续扭带具有更大的管内流体湍流度，同时具有更好换热效果，且流体阻力相较小。在实际工业应用过程中，分段扭带制造安装过程繁杂，人工成本较高，实用性有待考察。在传统扭带的应用过程中，人们发现了扭带具有的一些弊端，通过总结分析提出了许多新型扭带结构，或对传统扭带进行新的组合尝试，并进行了大量研究分析。K.Wongcharee 等[37]通过将普通扭带设计为同轴交错形式，并通过实验进行对比，实验结果表明同轴交错扭带的换热性能、阻力性能均高于普通扭带，进一步分析显示综合性能同样高于普通扭带，，这表明对传统扭带进行有益的改造有助于强化传热。雷勇刚等[38]总结分析扭带已有的各种改造，推出中空交错扭带，模拟计算了其对流场、换热性能及阻力性能的影响，内插新型中空交错扭 带 相 较 于 光 管 换 热 性 能 提 高 了 76.3%~149.8% ， 阻 力 性 能 提 高 了380.3%~443.7%，较传统内插扭带换热性能提高了 34.2%~46.9%，但阻力性能下降了 8.1%~16.2%，在低雷诺数情况下综合性能更好。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124;TK172


本文编号：2561459