涡发生器强化矩形通道传热性能的实验研究

发布时间：2017-09-12 18:31

  本文关键词：涡发生器强化矩形通道传热性能的实验研究

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【摘要】：本文基于热质比拟原理,采用萘升华技术,分析设置于SCPPVC系统的矩形太阳能烟囱通道内的双斜向内肋对及三角形小翼涡发生器对系统传热性能的强化作用,分析了涡发生器的结构、布置方式及在通道内的排列方式等因素对系统传热性能的影响。研究结论如下:(1)当双斜向内肋涡发生器以45°倾斜角,距入口处距离为0.2 m布置于通道内时,系统的Nu数提高了119%。(2)当三角形小翼涡发生器以45°倾斜角,距入口处距离为0.2 m,叉排布置于通道内时,系统的Nu数提高了132%。(3)在相同条件下,通过比较两种涡发生器对SCPPVC系统的强化传热作用,得出:三角形小翼涡发生器较适合用于强化立式太阳能热气流电站系统矩形空气通道的传热。虽然双斜向内肋对和三角形小翼可以强化系统的传热效果,但是由于SCPPVC系统具有不同于普通换热器的特点,因此它们强化系统的换热能力依然有限。因此结合SCPPVC系统的特点,根据涡发生器的结构特征,设计出一种名为“斜截异型圆柱体”的新型涡发生器,这种涡发生器的换热面积比较大且其斜截面可以有效地阻隔边界层的发展,可以更好地破坏边界层,强化系统传热。利用数值模拟及实验研究相结合的方法,深入分析了该新型涡发生器强化SCPPVC系统中矩形通道内,空气与平板间传热的强化作用。结果表明:(1)斜截异型圆柱体涡发生器可以显著强化矩形通道内的传热性能,且当涡发生器以45°倾斜角、距入口处距离为0.2 m,叉排布置于通道内时,系统的Nu数提高了144%;(2)利用多元回归的方法获得了涡发生器强化矩形通道的传热特性关联式,并得到,涡发生器的肋长、肋宽、前缘高度及后缘高度等结构尺寸的增大都能使传热效果增强,肋间距的增大致使涡发生器对流场的扰动程度降低,对流换热的效果削弱;(3)与三角形小翼涡发生器相比,斜截异型圆柱体涡发生器可以使Nu数提高12%。
【关键词】：立式太阳能热气流电站 萘升华技术 涡发生器 强化传热
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 符号说明11-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 能源现状与可再生能源12-13
• 1.1.2 太阳能利用技术13-14
• 1.2 太阳能热气流发电系统14-21
• 1.2.1 传统类型的太阳能热气流发电系统14-18
• 1.2.1.1 传统类型的太阳能热气流发电系统的研究现状15-17
• 1.2.1.2 传统类型的太阳能热气流发电系统的不足17-18
• 1.2.2 立式集热板太阳能热气流发电系统18-21
• 1.2.2.1 立式集热板太阳能热气流发电系统的特点19
• 1.2.2.2 立式集热板太阳能热气流电站系统的研究现状19-20
• 1.2.2.3 立式集热板太阳能热气流电站系统的不足20-21
• 1.3 涡流发生器21-24
• 1.3.1 涡流发生器强化传热现状22-24
• 1.3.2 适用于本系统的涡流发生器24
• 1.4 课题的主要研究内容及意义24-26
• 1.4.1 课题研究内容24-25
• 1.4.2 课题研究意义25-26
• 2 热质比拟实验原理26-39
• 2.1 实验理论基础26-30
• 2.1.1 传热-传质模拟实验技术26-30
• 2.1.1.1 热-质比拟原理26-30
• 2.1.2 萘升华实验30
• 2.2 实验装置30-32
• 2.2.1 实验用风洞系统30-31
• 2.2.2 实验用测量系统31-32
• 2.3 实验方案32-34
• 2.3.1 萘试件的制备32-33
• 2.3.2 萘试件的摆放33
• 2.3.3 实验流程33-34
• 2.3.3.1 实验风速33
• 2.3.3.2 实验步骤33-34
• 2.4 实验数据处理及误差分析34-38
• 2.4.1 实验数据处理34-35
• 2.4.2 平直通道实验35-37
• 2.4.2.1 实验数据处理35-36
• 2.4.2.2 平直通道实验结果36-37
• 2.4.3 误差分析37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 3 双斜向内肋对型涡发生器强化传热的实验研究39-49
• 3.1 双斜向内肋对结构尺寸设计及实验步骤39-41
• 3.1.1 双斜向内肋对结构尺寸设计39-40
• 3.1.1.1 双斜向内肋对涡发生器的尺寸设计39
• 3.1.1.2 双斜向内肋对涡发生器的制作39-40
• 3.1.2 实验安排40-41
• 3.2 双斜向内肋对涡发生器强化矩形通道对流换热的影响41-43
• 3.2.1 涡发生器倾斜角的影响41-42
• 3.2.2 涡发生器入口间距的影响42-43
• 3.3 双斜向内肋对强化矩形通道的传热特性分析43-47
• 3.3.1 正交实验法43-45
• 3.3.2 涡发生器结构尺寸对矩形通道换热的影响45
• 3.3.3 雷诺数对矩形通道换热的影响45-46
• 3.3.4 传热关联式46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 三角形小翼型涡发生器强化传热的实验研究49-59
• 4.1 三角形小翼型涡发生器的结构尺寸49-50
• 4.2 三角形小翼对矩形通道内换热的影响50-53
• 4.2.1 倾斜角的影响50-51
• 4.2.2 入口间距的影响51-52
• 4.2.3 布置方式的影响52-53
• 4.3 三角形小翼强化矩形通道传热特性分析53-57
• 4.3.1 实验方法与数据处理53-55
• 4.3.2 涡发生器结构尺寸对矩形通道换热的影响55
• 4.3.3 雷诺数对矩形通道换热的影响55-56
• 4.3.4 传热关联式56-57
• 4.4 两种涡发生器强化传热性能比较57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 斜截异型圆柱体涡流发生器的设计及强化传热实验研究59-73
• 5.1 模型简化与计算方法59-63
• 5.1.1 斜截异型圆柱体涡发生器的结构特点59-60
• 5.1.1.1 设计理念59-60
• 5.1.1.2 系统通道模型简化60
• 5.1.2 数理模型的建立60-61
• 5.1.3 数值计算结果61-63
• 5.2 斜截异型圆柱体涡发生器强化矩形通道的实验研究63-70
• 5.2.0 斜截异型圆柱体涡发生器模型的尺寸63-64
• 5.2.1 斜截异型圆柱体涡发生器对矩形通道内空气换热的影响64-67
• 5.2.1.1 倾斜角的影响64-66
• 5.2.1.2 入口间距的影响66-67
• 5.2.1.3 布置方式的影响67
• 5.2.2 斜截异型圆柱体涡发生器强化矩形通道传热特性分析67-70
• 5.2.2.1 实验方法与数据处理68-69
• 5.2.2.2 雷诺数对矩形通道换热的影响69-70
• 5.2.2.3 传热关联式70
• 5.3 斜截异型圆柱体涡发生器的换热性能比较70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 6 总结与展望73-75
• 6.1 主要结论及创新点73-74
• 6.1.1 主要结论73-74
• 6.1.2 主要创新点74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文84-85

【参考文献】

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本文编号：838848