组合转子强化管流体流动特性及强化传热研究

发布时间：2017-09-12 03:35

  本文关键词：组合转子强化管流体流动特性及强化传热研究

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【摘要】：现如今中国的能源供应日益紧张,经济社会发展又使得能源需求不断地增长,这加剧了我国的能源危机现状,因此加快能源结构调整,大力推广清洁能源迫在眉睫。在不改变能源消费种类的情况下,提高能源利用效率就变得尤为重要。管壳式换热器是化工生产中的高耗能设备,提高其传热效率,强化传热,是提高能源利用率的重要环节。针对管壳式换热器强化传热问题,已有多种技术得到了应用,包括各种强化管和管内插件,组合转子强化传热技术就是其中的一种。本文针对组合转子的流动及强化传热问题继续深入地开展研究。首先,设计搭建组合转子实验装置,通过示踪粒子图像测速的方法来研究湍流工况条件下光管和组合转子强化管内的流场分布。实验结果表明,相比于光管,组合转子改变了管内的速度场分布,流体在流经组合转子后整体呈现旋流状,同时组合转子提高了管内的湍动能,因而从流场的角度揭示了组合转子强化传热机理。然后,在组合转子强化传热综合性能实验台上,开展螺旋两叶片转子外径大小不同的组合在70%甘油水溶液下的强化传热实验。实验中将外径22mm转子与外径19mm转子以不同的比例方式进行组合。实验结果表明,2：1相间排列方案的综合强化换热效果最好,从而确定了最优的转子组合方案。最后,使用有限元分析软件Fluent对螺旋两叶片转子和低流阻转子在管内引起的流场及温度场分布情况进行了数值模拟。模拟结果表明,转子所在的管程流体以螺旋线的型式向前流过,并且当管内放置转子后热量传递地更好,在同样的轴向位置,冷流体温度更高；在转子之后的区域内,轴向速度和湍动能逐步地衰减。
【关键词】：组合转子 粒子图像测速 强化传热 流场 湍动能
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 符号说明14-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 课题来源16
• 1.2 研究背景16-17
• 1.3 强化传热基础17-19
• 1.3.1 传热基本方式17
• 1.3.2 强化对流传热分析17-19
• 1.4 强化传热技术研究进展19-25
• 1.4.1 强化换热管19-22
• 1.4.2 内插件22-25
• 1.5 粒子图像测速技术(PIV)25-29
• 1.5.1 PIV简介25-26
• 1.5.2 PIV技术特点26
• 1.5.3 PIV系统组成26-27
• 1.5.4 PIV工作原理27-28
• 1.5.5 PIV技术的应用状况28-29
• 1.6 本文研究意义及内容29-32
• 第二章 组合转子的PIV实验研究32-50
• 2.1 实验装置32-35
• 2.1.1 循环回路装置32-33
• 2.1.2 组合转子33-34
• 2.1.3 PIV测试系统34-35
• 2.2 实验步骤35-36
• 2.3 实验参数的选择36-37
• 2.4 实验结果与讨论37-47
• 2.4.1 螺旋两叶片转子与光管的对比37-41
• 2.4.2 螺旋三叶片转子与螺旋两叶片转子的对比41-45
• 2.4.3 螺旋两叶片转子的作用范围45-47
• 2.5 本章小结47-50
• 第三章 组合转子的强化传热特性实验研究50-64
• 3.1 实验装置50-51
• 3.2 实验步骤51-52
• 3.3 实验数据处理52-54
• 3.4 光管验证54-55
• 3.4.1 传热性能验证54-55
• 3.4.2 阻力性能验证55
• 3.5 实验结果与讨论55-62
• 3.5.1 相同比例对比56-59
• 3.5.2 不同比例对比59-62
• 3.6 本章小结62-64
• 第四章 组合转子的强化传热特性数值模拟64-76
• 4.1 数值模拟基本过程64-65
• 4.2 计算模型建立65-67
• 4.2.1 几何模型65-67
• 4.2.2 计算模型67
• 4.3 模拟结果验证67-69
• 4.4 模拟结果及分析69-74
• 4.4.1 光管69-70
• 4.4.2 螺旋两叶片转子70-72
• 4.4.3 低流阻转子72-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 结论与展望76-78
• 5.1 结论76-77
• 5.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 研究成果及发表的学术论文84-86
• 作者和导师简介86-87
• 附件87-88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王志强;胡骏;;多级轴流压气机转子通道流场的PIV测量[J];航空动力学报;2012年01期

2 徐文渊;静态混合器的特性和在污水处理中的应用[J];石油与天然气化工;1991年03期

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本文编号：834866