一种新型扭带对管内对流换热影响的研究

发布时间：2017-10-05 17:07

  本文关键词：一种新型扭带对管内对流换热影响的研究

  更多相关文章： 强化换热 螺旋扭带 数值模拟 套管式换热器

【摘要】：管内强化传热技术广泛应用于各个工业领域中。作为一种被动强化传热技术,管内插入螺旋扭带是一种简单而有效的方法。扭带能改变流体流动的流道,减小边界层厚度,从而起到强化传热的作用。但扭带的插入也会增大管道的摩擦阻力系数。因此,目前国内外的研究重点是通过改变扭带的形状来平衡Nu数和摩擦阻力系数f,以获得更高的综合性能指标PEC (performance evaluation criteria)。本文提出了一种新型扭带,并采用数值模拟和实验研究的方法,研究了扭带对管内对流传热和流阻特性的影响。在数值模拟过程中,对于流体层流状态(Re从519到2078)和湍流状态(Re从6197到20135),本文均使用了均匀壁温的热边界条件,并且使用了无缺口扭带作为对比。结果显示,在湍流状态下,插入新型扭带后的Nu数和摩擦阻力系数f分别是光管的1.18-1.50和2.65-3.22倍,且插入扭带与光管的努塞尔数比值Nu/Nu0随着Re的增大而减小,说明扭带在较弱湍流状态下的强化传热效果更好。缺口扭带的综合性能指标为0.86-1.02,是无缺口扭带的1.09-1.17倍。在层流状态下,缺口扭带所引起的综合性能指标分别是光管和无缺口扭带的1.34-1.78和1.09-1.17倍。可以看出,无论是层流状态还是湍流状态,缺口扭带强化传热效果更好,且节约材料,因此推荐有缺口的新型扭带,本文实验部分使用的扭带均为有缺口的扭带。在实验过程中,由于实验系统的限制,本文只对流体湍流状态(Re从11335到27285)进行了实验。共使用了四种不同长度的扭带,即扭带长度与管长度比值L/l为1.0、0.75、0.5和0.25的扭带。结果显示,Nu数随着Re数的增大而增大。相对于光管,扭带起到了强化传热的作用,在相同Re数下,四种扭带所得到的Nu数均大于光管。插入扭带后得到的摩擦阻力系数也大于光管,尤其是L/l为1.0和0.75的两种扭带,分别为光管的3.69-5.75和2.30-4.48倍。L/l为1.0、0.75、0.50和0.25的扭带所引起的综合性能指标分别是0.94-1.06,0.82-0.94,0.89-1.04和0.89-1.06。本文最后还对实验数据进行拟合,得到了管内插入新型扭带后湍流状态下Nu数和f的特征数方程,为后续的研究提供了理论基础。从数值模拟和实验研究可以发现,本文中的扭带能起到强化传热的作用,尤其是在弱湍流状态下,这符合强化对流传热的物理机制。因此后续的研究要着重于层流状态和弱湍流状态下,扭带对管内对流传热和流阻特性的影响。
【关键词】：强化换热 螺旋扭带 数值模拟 套管式换热器
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 概述9-10
• 1.2 螺旋扭带的研究现状10-15
• 1.2.1 国内研究现状10
• 1.2.2 国外研究现状10-15
• 1.3 特征数方程的建立15-16
• 1.4 扭带在工程中的应用16-19
• 1.5 本文研究的内容19-20
• 2 数值模拟实验20-37
• 2.1 数值模拟概述20-23
• 2.1.1 数值模拟简介20-21
• 2.1.2 数值模拟方法的步骤21-22
• 2.1.3 数值模拟软件介绍22-23
• 2.2 对管内插入扭带后的流体流动特性的数值模拟23-26
• 2.2.1 建立模型23-24
• 2.2.2 选择计算模型24-26
• 2.3 数值模拟实验结果分析26-35
• 2.3.1 湍流流动状态26-31
• 2.3.2 层流流动状态31-35
• 2.4 小结35-37
• 3 实验方案设计37-45
• 3.1 换热系统试验台设计37-41
• 3.1.1 换热系统试验台原理图37-38
• 3.1.2 套管式换热器的设计与安装38-41
• 3.1.3 螺旋扭带的设计与加工41
• 3.2 实验设备的选择41-43
• 3.2.1 温度传感器41-42
• 3.2.2 涡轮流量计及其他设备42-43
• 3.3 小结43-45
• 4 实验过程及数据处理45-55
• 4.1 实验步骤45
• 4.2 数据处理基本公式45-46
• 4.3 实验数据分析与处理46-52
• 4.3.1 试验结果可靠性分析46-48
• 4.3.2 扭带对换热和摩擦阻力系数的影响48-51
• 4.3.3 特征数方程51-52
• 4.4 小结52-55
• 结论55-57
• 参考文献57-62
• 附录A 符号说明62-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64-65

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 满长忠;王冲;姚金钰;;管换热器中插入螺旋纽带的研究现状(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2014年04期

，

本文编号：977964