强化传热管内拟序结构的数值模拟及PIV实验研究

发布时间：2020-11-13 23:07

　　 管壳式换热器在工业领域有广泛的应用,利用强化传热技术,能提高能源利用效率,实现节能减排的目的。本文针对被动强化传热技术,研究湍流状态下强化传热管内流场的流动结构与强化传热机理。本文利用Fluent软件对内置涡杆的强化传热管和螺旋波纹管进行数值模拟研究,数值模拟采用大涡模拟方法(LES),分析流场中速度、温度、涡量等参数,结果表明,涡杆的扰动作用使流体速度增大,流体以高流速冲刷壁面,边界层厚度减小,流场中产生了三对纵向涡,核心区的低温流体与近壁区的高温流体混合,核心区温度逐渐升高并保持均匀,有利于强化传热。螺旋波纹管中有较强的旋流产生,低温流体被引向壁面,近壁区域的温度梯度增大,低温流体与高温流体混合,核心区域流体温度逐渐升高且分布更加均匀。与内置涡杆结构相比,螺旋波纹管内有大量涡旋产生,涡量大而且涡旋分布广,流体产生强烈扰动与混合,具有更好的传热效果。用本征正交分解(POD)提取流场中的拟序结构,结果表明,涡旋和局部高速区域的产生是流场中最重要的结构特征。对涡杆结构进行优化,加强对涡杆流场的扰动,使流场中产生更多的涡旋,优化后的结构能有效提高传热效果。对不同强化传热管进行强化传热性能分析,可以看出螺旋波纹管强化传热的同时产生的阻力不会太大,是一种良好的强化传热管结构。粒子图像测速技术(PIV)主要用于对流场进行初步探究,并为数值模拟的方法提供验证。通过实验测量内置涡杆的强化传热管和螺旋波纹管内的速度分布,实验结果与模拟结果比较吻合,流场中有涡旋形成。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK172
【部分图文】：

管壳式换热器示意图

装有三角形肋片的加热器[13]

十字中空扭带几何结构
【参考文献】

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本文编号：2882764