换热管内置喷注螺旋及非连续扭带复合强化传热研究
发布时间：2022-02-12 23:03
换热器是一种在工业上常见的热量交换设备,常见于石油、化工、钢铁、冶金、制冷、制药等行业。其中以管壳式换热器最为常见,但由于管内流体流动不充分、内壁易结垢等原因,其换热效率并不高,影响工业生产效率。据此,目前已有很多学者对换热管管内强化传热进行了研究,本文在参照相关研究的基础上,研究了一种管内强化传热新措施,并通过数值模拟方法对其传热和阻力特性进行研究,结合综合评价因子分析其综合性能。主要内容和成果如下:1)根据实际投入使用中的某立式加热器结构、工况,研究了一种在换热管内置喷注螺旋和非连续扭带复合作用下的强化传热新措施;2)从强化传热增强系数、阻力增强系数和综合评价因子三方面进行分析,对其强化传热机理进行研究,研究表明:喷注螺旋管产生的喷注可以直接破坏传热边界层,从而减小热阻。在换热管内壁近壁面处放置的螺旋管可以很好的扰动接近壁面处的流体,使沿管内壁直线流动的流体产生漩涡,流体在径向方向上产生流速,这个流速方向与传热的方向是一致的,可以很好地强化管内流体在径向截面上的热量传递,从而促进传热。管内置非连续扭带可以使管内沿轴向流动的流体产生旋转,使其产生径向速度,促进中心流体和近壁面处流体混...
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器Fig.1.1Thetubularheatexchanger
2图1.1管壳式换热器Fig.1.1Thetubularheatexchanger图1.2管内迹线图Fig.1.2Thetracelinechart管壳式换热器如上图1.1所示，两种流体在不同流道内流动，通过内管壁面实现换热，换热时管内流体迹线如上图1.2，但由于一些因素导致这种传统换热器的换热效率并不高，并且换热管内壁容易产生污垢，经常需要停工清理，极大的影响了工作效率。就此问题，国内外学者一直在探索，也对如何提高换热器的强化传热效率做了很多相应的研究，一些研究表示可以采用外部附加动力源来提高其换热能力，另一些则表示不需要提供额外动力即可实现对自身的强化传热，常见的主要措施是在管内加入扰流件[11]。通过扰流件的加入促进管内流体混合，并干预污垢的形成，达到提高传热效率并具有自洁的功效。1.2国内外研究现状国内外大量研究学者对换热管内置扰流件进行了研究，按照强化换热技术的发展过程，可按照换热领域权威学者Bergles的划分，其认为强化传热技术总体可以分为四个阶段[12-13]：第一代强化传热技术，通常把强化传热的决定因素认定
较少，但对于管内置螺旋线圈的研究已经很多，两者的作用机理有一部分类似，均是因为螺旋线圈的插入会对流道近壁面处流经流体产生扰动，使其产生旋流和二次流，促进管道中心处流体向换热壁面流动，增强中心流体和边界层流体混合来实现的，可参考此类研究。研究表明，随着内置螺旋线圈丝径变小，由此带来的旋流和二次流效应会变弱，当丝径减小到一定程度时，内置螺旋线圈的作用只相当于增加换热管内壁粗糙度。本研究采用的喷注螺旋所产生的垂直于换热管内壁的喷注可以直接破坏或者减薄传热边界层，也可以提高强化传热效率。图1.3换热管内置螺旋线圈Fig.1.3Heatexchangetubewithbuilt-inspiralcoil
【参考文献】：
期刊论文
[1]可再生能源应成我国能源发展战略重点[J]. 李俊锋. 能源研究与利用. 2020(01)
[2]“十四五”能源规划已提上日程！[J]. 陈向国. 节能与环保. 2020(Z1)
[3]间隔同轴交叉扭带强化润滑油传热特性数值研究[J]. 吴启涛,刘小丫,丁铭,于洋. 科技视界. 2019(36)
[4]内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性研究[J]. 田瑞. 云南化工. 2019(09)
[5]我国可再生能源开发利用发展研究[J]. 张达. 吉林电力. 2019(05)
[6]翅片管内嵌入螺旋线圈的强化传热分析[J]. 冯潇峰,邓子龙. 当代化工. 2019(04)
[7]内置螺旋纽带换热器强化传热性能实验分析[J]. 张昌建,苗艾印. 节能. 2019(01)
[8]管内螺旋弹簧式插入物强化传热研究进展[J]. 刘文勤,杨国蓉,郭丽. 当代化工研究. 2017(04)
[9]基于网格无关性与时间独立性的数值模拟可靠性的验证方法[J]. 冯静安,唐小琦,王卫兵,应锐,张亭. 石河子大学学报(自然科学版). 2017(01)
[10]横纹槽管内插扭带复合强化传热的试验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成. 机械工程学报. 2016(24)
硕士论文
[1]微流道内流体流动特性和传热性能研究[D]. 贾俊楠.山东大学 2019
[2]基于正交试验法的旋流分离器结构优化研究[D]. 杨子渝.兰州理工大学 2017
[3]列管式换热器强化传热方式研究[D]. 陈水林.合肥工业大学 2017
[4]基于CFD的导管串列螺旋桨敞水性能研究[D]. 谌月姣.湘潭大学 2015
[5]螺旋扭带强化传热及阻力特性研究[D]. 陶振宇.华东理工大学 2015
[6]下行换热管内置间隔扭带和螺旋线圈强化传热实验研究[D]. 刘晓林.广西大学 2014
[7]内插自振弹簧换热管脉动流传热特性研究[D]. 胡小霞.武汉工程大学 2013
[8]冲击射流数值模拟中湍流模型的分析与对比[D]. 平艳.天津大学 2012
本文编号：3622545
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器Fig.1.1Thetubularheatexchanger
2图1.1管壳式换热器Fig.1.1Thetubularheatexchanger图1.2管内迹线图Fig.1.2Thetracelinechart管壳式换热器如上图1.1所示，两种流体在不同流道内流动，通过内管壁面实现换热，换热时管内流体迹线如上图1.2，但由于一些因素导致这种传统换热器的换热效率并不高，并且换热管内壁容易产生污垢，经常需要停工清理，极大的影响了工作效率。就此问题，国内外学者一直在探索，也对如何提高换热器的强化传热效率做了很多相应的研究，一些研究表示可以采用外部附加动力源来提高其换热能力，另一些则表示不需要提供额外动力即可实现对自身的强化传热，常见的主要措施是在管内加入扰流件[11]。通过扰流件的加入促进管内流体混合，并干预污垢的形成，达到提高传热效率并具有自洁的功效。1.2国内外研究现状国内外大量研究学者对换热管内置扰流件进行了研究，按照强化换热技术的发展过程，可按照换热领域权威学者Bergles的划分，其认为强化传热技术总体可以分为四个阶段[12-13]：第一代强化传热技术，通常把强化传热的决定因素认定
较少，但对于管内置螺旋线圈的研究已经很多，两者的作用机理有一部分类似，均是因为螺旋线圈的插入会对流道近壁面处流经流体产生扰动，使其产生旋流和二次流，促进管道中心处流体向换热壁面流动，增强中心流体和边界层流体混合来实现的，可参考此类研究。研究表明，随着内置螺旋线圈丝径变小，由此带来的旋流和二次流效应会变弱，当丝径减小到一定程度时，内置螺旋线圈的作用只相当于增加换热管内壁粗糙度。本研究采用的喷注螺旋所产生的垂直于换热管内壁的喷注可以直接破坏或者减薄传热边界层，也可以提高强化传热效率。图1.3换热管内置螺旋线圈Fig.1.3Heatexchangetubewithbuilt-inspiralcoil
【参考文献】：
期刊论文
[1]可再生能源应成我国能源发展战略重点[J]. 李俊锋. 能源研究与利用. 2020(01)
[2]“十四五”能源规划已提上日程！[J]. 陈向国. 节能与环保. 2020(Z1)
[3]间隔同轴交叉扭带强化润滑油传热特性数值研究[J]. 吴启涛,刘小丫,丁铭,于洋. 科技视界. 2019(36)
[4]内置偏心多螺旋扭带换热管的传热特性研究[J]. 田瑞. 云南化工. 2019(09)
[5]我国可再生能源开发利用发展研究[J]. 张达. 吉林电力. 2019(05)
[6]翅片管内嵌入螺旋线圈的强化传热分析[J]. 冯潇峰,邓子龙. 当代化工. 2019(04)
[7]内置螺旋纽带换热器强化传热性能实验分析[J]. 张昌建,苗艾印. 节能. 2019(01)
[8]管内螺旋弹簧式插入物强化传热研究进展[J]. 刘文勤,杨国蓉,郭丽. 当代化工研究. 2017(04)
[9]基于网格无关性与时间独立性的数值模拟可靠性的验证方法[J]. 冯静安,唐小琦,王卫兵,应锐,张亭. 石河子大学学报(自然科学版). 2017(01)
[10]横纹槽管内插扭带复合强化传热的试验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成. 机械工程学报. 2016(24)
硕士论文
[1]微流道内流体流动特性和传热性能研究[D]. 贾俊楠.山东大学 2019
[2]基于正交试验法的旋流分离器结构优化研究[D]. 杨子渝.兰州理工大学 2017
[3]列管式换热器强化传热方式研究[D]. 陈水林.合肥工业大学 2017
[4]基于CFD的导管串列螺旋桨敞水性能研究[D]. 谌月姣.湘潭大学 2015
[5]螺旋扭带强化传热及阻力特性研究[D]. 陶振宇.华东理工大学 2015
[6]下行换热管内置间隔扭带和螺旋线圈强化传热实验研究[D]. 刘晓林.广西大学 2014
[7]内插自振弹簧换热管脉动流传热特性研究[D]. 胡小霞.武汉工程大学 2013
[8]冲击射流数值模拟中湍流模型的分析与对比[D]. 平艳.天津大学 2012
本文编号：3622545
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