重力轴向分力及自转流动对旋流管内对流传热的影响研究

发布时间：2021-11-24 03:01

　　自20世纪以来,旋流强化传热技术对换热设备对流换热的研究有很大的促进作用。鉴于轴向叶片旋流器无运动部件,占用体积小以及安装维修简便,被认为是较为理想的旋流强化传热技术之一。由于内置旋流器会占据部分流道,给流动系统带来一定的压力损失,且容易堵塞管道,其应用范围也受到一定的限制。因此,本文从旋流管内重力轴向分力的改变以及旋流器全流场自由转动两个层面去考虑问题。相比于水平旋流流动,充分合理运用旋流流场与重力轴向分力相互作用的效果,探究引导重力更多地有效作用在流体间的流动微团混合规律。相比于传统固定间距式的旋流器,基于全流场自由转动的方式,适当降低并保持足够的旋流强度,大大改善并弥补传统固定式轴向叶片旋流管内流动换热的不足。同时,全流场自由转动能大幅度降低压损,并能有效维持整体的旋流强度梯度。本文提出了基于重力轴向分力改变以及全流场自由转动的两种新思路来解决当前旋流换热“阻力大、换热性能低、旋流扰动不均匀”的不足之处。基于本文的两种新思路,构建一个适用于两种新思路的轴向叶片旋流管道内流动的传热模型。使用ANSYS Fluent 16.0软件对本文的数值模型进行数值模拟仿真研究,探究不同的叶片角... 

【文章来源】：广东工业大学广东省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

轴向叶片旋流管的几何物理模型

第二章轴向叶片旋流管对流传热的数值研究11料选用铝合金。本文所研究的新型旋流器结构为内管与旋流器组合成一个整体结构，并设置为可自由转动。本文采用的工质是水，水分别以不同的速度和温度通过环形通道，外管壁保持恒定温度353K。流体流经旋流器后，分别以不同的旋流强度流出旋流器，产生旋转涡流，扰动流场，并通过与外管壁进行对流换热，对于在流动过程中的关于压降和传热特性的问题进行了研究，并且对流动系统的综合换热性能也进行了分析和评价。图2-1轴向叶片旋流管的几何物理模型Figure2-1Geometricandphysicalmodelofaxialvaneswirlingtube图2-2旋流器尺寸和方位角示意图图2-3旋流器三维示意图Figure2-2SchematicdiagramofswirlerFigure2-33dschematicdiagramSizeandazimuthangleofswirler2.2数值模型2.2.1基本假设由于旋流管内的流动为复杂的三维旋转流动，在管内不同区域的旋流强度与速度分布各不相同，且流体与壁面各区域的换热也不稳定。因此，为了使研究的物理问题简化，根据实际的流动与换热状况，对旋流管的流动作以下的假设：（1）假设旋流管内流体的流动均视为不可压缩的定常的流动；（2）假设旋流管内的壁面均为无滑移的壁面边界条件；（3）假设壁面无渗透；

第二章轴向叶片旋流管对流传热的数值研究11料选用铝合金。本文所研究的新型旋流器结构为内管与旋流器组合成一个整体结构，并设置为可自由转动。本文采用的工质是水，水分别以不同的速度和温度通过环形通道，外管壁保持恒定温度353K。流体流经旋流器后，分别以不同的旋流强度流出旋流器，产生旋转涡流，扰动流场，并通过与外管壁进行对流换热，对于在流动过程中的关于压降和传热特性的问题进行了研究，并且对流动系统的综合换热性能也进行了分析和评价。图2-1轴向叶片旋流管的几何物理模型Figure2-1Geometricandphysicalmodelofaxialvaneswirlingtube图2-2旋流器尺寸和方位角示意图图2-3旋流器三维示意图Figure2-2SchematicdiagramofswirlerFigure2-33dschematicdiagramSizeandazimuthangleofswirler2.2数值模型2.2.1基本假设由于旋流管内的流动为复杂的三维旋转流动，在管内不同区域的旋流强度与速度分布各不相同，且流体与壁面各区域的换热也不稳定。因此，为了使研究的物理问题简化，根据实际的流动与换热状况，对旋流管的流动作以下的假设：（1）假设旋流管内流体的流动均视为不可压缩的定常的流动；（2）假设旋流管内的壁面均为无滑移的壁面边界条件；（3）假设壁面无渗透；


本文编号：3515118