管内微米氧化镁颗粒污垢特性的数值模拟

发布时间：2020-05-16 10:22

【摘要】：管式换热器是以管壁为换热间壁的换热设备,已得到广泛的研究和应用。在其广泛应用下,强化换热技术也获得了高度重视和发展,但换热器内一旦有污垢生成就会大大降低换热效率,因此本文旨在通过欧拉-欧拉法建立管内水中微米颗粒污垢沉积的数学模型并进行管内颗粒污垢特性的研究,分析不同工况对颗粒污垢特性的影响。首先,建立管内水中微米颗粒沉积的污垢模型,污垢模型包括沉积模型、剥蚀模型及污垢热阻模型,并参照相关文献完成实验验证,证明污垢模型的可行性。然后将建立的污垢模型转化为程序语言,通过UDF(用户自定义功能)外挂程序,运用CFD模拟计算圆管内浓度、入口速度和入口温度对污垢沉积率、剥蚀率和污垢热阻的影响,并进行理论分析。模拟结果显示,浓度和入口速度对微米颗粒污垢特性的影响较明显,入口温度对其污垢特性的影响较小。沉积率、剥蚀率以及污垢热阻均随浓度的增加呈正比递增的变化规律;沉积率、剥蚀率随入口速度的增加呈越来越快的增长趋势,但污垢热阻呈逐渐下降的趋势;沉积率、剥蚀率以及污垢热阻均随入口温度的增加呈基本不变趋势。其次,依然采用上述数学模型,比较三种常见强化管的抑垢性能,选取抑垢效果最好的缩放管进行不同工况下微米颗粒污垢特性研究,并与圆管进行比较分析。模拟结果显示,抑垢性能由强到弱分别为:缩放管、波纹管、横纹管、圆管。且在其它工况不变的条件下,改变浓度、入口速度和入口温度,缩放管内微米氧化镁颗粒污垢特性和圆管相似,并且缩放管的结垢速率和污垢热阻渐近值均小于圆管。
【图文】：

理模型为光滑圆管三维模型，如图 3-1 所示。其中，管长0L mm。流体与颗粒从左端面流入，从右边流出。由于近壁处的大，为确保更精准地提取到流体和氧化镁颗粒的特征参数，构化网格对模型进行网格划分，并在近壁面处加密处理，其0.1 mm，并以 1.1 倍的比例在边界层处加密，如图 3-2 所示。长度较短，为确保流体在入口处达到充分发展，需要对速度入成本并提高模拟计算的精确度。大量实验证明，圆管湍流流的指数规律表示，公式如下：1max 0( )nu yu r=数范围 n 取 6 并将上式积分，平均流速 V 可以用以下公式maxV = 0.79uFINE_PROFILE 宏来定义 UDF，并使用 UDF 应用于圆管的效应，从而实现入口速度呈现抛物线速度分布，如图 3-3 所示

本并提高模拟计算的精确度。大量实验证明，圆管湍流指数规律表示，，公式如下：1max 0( )nu yu r=范围 n 取 6 并将上式积分，平均流速 V 可以用以下公maxV = 0.79uINE_PROFILE 宏来定义 UDF，并使用 UDF 应用于圆管应，从而实现入口速度呈现抛物线速度分布，如图 3-3 所图 3-1 圆管物理模型
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK172

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本文编号：2666588