螺旋槽纹管强化传热与压降性能及抗污垢性能数值模拟研究

发布时间：2017-08-14 02:34

  本文关键词：螺旋槽纹管强化传热与压降性能及抗污垢性能数值模拟研究

  更多相关文章： 螺旋槽纹管 强化传热 场协同原理 数值模拟 阻力特性 抗污垢特性

【摘要】：换热设备在石油、化工和能源等过程工业中得到了广泛应用。随着国内外经济的飞速发展,能源消耗不断攀升,能源短缺带来的能源危机问题已经逐渐影响到经济、生态和环境等与人类生存有关的各个领域。随着工业技术的不断发展,强化传热技术得到了长足的发展,并已经广泛的应用到了换热设备中,其中强化换热管的应用极大的提高了设备的传热效率。本文研究的螺旋槽纹管是一种全新结构的强化传热元件,是由机械加工性能优良的圆形铜管经过塑型加工而成的管壁上具有内凹和外凸褶皱的螺旋形变管,目前国内外学者尚未对该种新型螺旋槽纹管进行研究。本文采用计算流体力学方法对新型螺旋槽纹管管内传热、阻力以及抗污垢性能进行了创新研究,主要研究内容和所取得的创新成果如下：1、本文采用数值模拟的方法研究了螺旋槽纹管和光管的管内流场的流动特性、换热特性,结果发现螺旋槽纹管较光管具有更好的传热性能,研究工况下,其管内努塞尔数Nu是光管的1.32～1.363倍,管内的阻力系数f是光管的1.97～2.51倍。同时,采用场协同理论揭示了螺旋槽纹管的强化传热机理：横截面二次流和纵向涡的产生使得温度场与速度场的场协同性能提高,从而提高了其换热效率。2、利用控制变量法分别研究了几何参数(槽深e和螺距p)、雷诺数Re和物性Pr对螺旋槽纹管的换热及压降性能的影响规律。利用数值计算所得数据进行回归分析,得到螺旋槽纹管的管内Nu数和阻力系数f的计算准则关系式。3、基于流固两相流数值模拟方法研究比较了螺旋槽纹管和光管管内抗污垢性能,结果发现螺旋槽纹管的管内抗污垢性能较光管的好。此外,还研究了几何参数(槽深e和螺距p)、雷诺数Re和颗粒直径对螺旋槽纹管的管内抗污垢性能的影响规律。本文研究成果为新型螺旋槽纹管的工程应用和设计选型提供了理论依据。
【关键词】：螺旋槽纹管 强化传热 场协同原理 数值模拟 阻力特性 抗污垢特性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号说明11-12
• 1 绪论12-28
• 1.1 课题的背景与意义12-13
• 1.2 强化传热管元件的研究现状13-17
• 1.2.1 强化传热技术的现状13-14
• 1.2.2 典型强化传热管14-17
• 1.3 螺旋槽纹管的国内外研究现状17-23
• 1.3.1 单头螺旋槽纹管的研究18-21
• 1.3.2 多头螺旋槽纹管的研究21-23
• 1.4 流体力学数值模拟方法介绍23-27
• 1.4.1 计算流体力学方法概述23
• 1.4.2 流体力学方程组23-25
• 1.4.3 湍流模型概述25-27
• 1.5 本文的研究工作与内容27-28
• 2 螺旋槽纹管管内单相对流传热及流阻特性数值模拟研究28-48
• 2.1 引言28
• 2.2 螺旋槽纹管的管内对流传热数值模拟研究28-31
• 2.2.1 结构特点及建模28-29
• 2.2.2 数学模型29
• 2.2.3 网格划分29-31
• 2.2.4 边界条件和计算模型的选取31
• 2.3 FLUENT数值模拟结果可靠性验证31-33
• 2.3.1 光管传热及压降理论经验值简介31-33
• 2.3.2 光管传热及压降理论值与数值模拟计算结果对比33
• 2.4 螺旋槽纹管和光管数值模拟计算结果及分析33-37
• 2.5 基于场协同原理分析螺旋槽纹管强化传热机理37-47
• 2.5.1 对流传热的场协同理论37-39
• 2.5.2 螺旋槽纹管与光管的场协同分析39-47
• 2.6 本章小结47-48
• 3 螺旋槽纹管管内传热及流阻特性的影响因素分析48-76
• 3.1 螺距对螺旋槽纹管性能的影响分析48-56
• 3.1.1 研究对象及数据处理48-52
• 3.1.2 螺距对速度场与温度场的影响52-56
• 3.2 槽深对螺旋槽纹管性能的影响分析56-64
• 3.2.1 研究对象及数据处理56-62
• 3.2.2 槽深对速度场和温度场的影响62-64
• 3.3 流体物性对螺旋槽纹管性能的影响分析64-67
• 3.3.1 研究对象及数据处理64-67
• 3.4 雷诺数对螺旋槽纹管性能的影响分析67-70
• 3.5 螺旋槽纹管管内传热及流阻计算准则关联式70-74
• 3.6 本章小结74-76
• 4 螺旋槽纹管管内抗污垢性能数值模拟分析76-89
• 4.1 引言76
• 4.2 螺旋槽纹管与光管的管内污垢特性数值模拟分析与比较76-80
• 4.2.1 物理模型及数学模型76-77
• 4.2.2 边界条件与求解设置77-78
• 4.2.3 螺旋槽纹管与光管管内抗污垢特性数值模拟结果分析与比较78-80
• 4.3 螺距对螺旋槽纹管管内抗污垢特性的影响研究80-82
• 4.4 槽深对螺旋槽纹管管内抗污垢特性的影响研究82-84
• 4.5 雷诺数对螺旋槽纹管管内抗污垢特性的影响研究84-86
• 4.6 颗粒直径对螺旋槽纹管管内抗污垢特性的影响研究86-88
• 4.7 本章小结88-89
• 5 结论与展望89-92
• 5.1 结论89-91
• 5.2 创新点91
• 5.3 展望91-92
• 参考文献92-98
• 作者简历98-99

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本文编号：670344