聚乙烯粒料的流动与传热特性研究

发布时间：2020-06-27 01:50

【摘要】：波面板换热器作为一种粒料间壁式换热器,其具有换热效率高、占地面积小等特点。波面板换热器中的粒料受到波面板表面形状的约束而不再是重力流动,其流动轨迹发生了周期性的变化,从而导致热量在波面板和粒料之间的传递过程得到一定程度上的强化。尽管波面板换热器在工业上已经有了大量的应用,但是,在描述粒料在设备内的流动行为以及传热性能时,仍然依靠经验估计和估算,亟需揭示其流动和传热原理及理论,为波面板换热器设计提供理论依据。针对这一情况,论文开展了以下研究工作:(1)针对波面板换热器粒料的密相流动问题,以颗粒为单元,使用离散单元法(DEM)对连续进料时双侧波面流道和单侧波面流道两种通道中的流动规律、空隙率、板面接触颗粒数目以及颗粒-板面接触力进行了模拟研究。在粒料流动过程中,颗粒在水平(垂直板面)方向上的运动轨迹受波面板表面形状的影响比较显著,也就是说颗粒的混合主要发生在此方向上。计算结果表明,在本文研究范围内,随着粒料流速的增加,与板面接触颗粒数目减少,颗粒-板面法向接触力变化不大,而且与板面形状无关。(2)在波面板换热器中,使用恒温的热水对常温聚乙烯粒料加热。研究板间距(25mm、30 mm、38 mm)、热水流量(1~3 L/min)和粒料流速(9~38 g/s)等结构参数和操作参数对换热效果的影响。实验数据表明对于板间距恒定条件下,热水流量对于粒料温差并没有太大影响;拟合粒料流速和粒料温差实验数据可知,随着粒料流速的增加,粒料升温效果一定程度上弱化;板间距较小(25 mm)时,粒料换热效果最好。(3)在恒定的板间距情况下,在一定范围内,粒料流速的增加会提高传热速率和总传热系数。但是随着粒料流速的增大,传热速率增长趋势逐渐平缓,总传热系数趋于不变。在所研究粒料流速范围内,小粒料流速时,增大流速,可以促进粒料与壁面间的对流传热,但是随着粒料流速的继续增大,与壁面接触颗粒数目减少,减小颗粒与壁面的碰撞和接触的机会,引起近壁面气膜厚度的增加,导致总传热系数不再变化。通过对实验参数的分析和实验数据的整理,得到了努塞尔数Nu、弗劳德数Fr、佩克莱数Pe和无因次温度Ct之间的关联式,从而为波面板换热器的工业设计提供一定的依据。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124;TK172

【参考文献】