脉冲流下内置螺旋短纽带换热管特性研究

发布时间：2017-09-21 08:38

  本文关键词：脉冲流下内置螺旋短纽带换热管特性研究

  更多相关文章： 内置短纽带 脉冲流 流动传热 数值模拟 PIV实验研究

【摘要】：本文主要以小于管长一半的短纽带及脉冲流为主要研究对象,找出最有利于强化传热的具体参数。内置短纽带在内插纽带换热管强化传热技术中是一种主流趋势,因为它具有流阻低,耗材少,结构简单,容易转动等特点,然后通入脉冲流,研究在脉冲流的影响下内置短纽带管内流场的变化情况。从内插物结构和流体流动两方面展开,找到能够具体应用于实际生产中的结构参数和流动参数。文中介绍了国内外对于内置螺旋纽带换热管的主要研究进展及现状,以及介绍脉冲流强化传热技术的主要原理。本文研究管内的流场特性及传热效果,取得以下主要的研究结果:结合以往学者研究成果,对脉冲流下内置短纽带换热管内流动及传热机理进行进一步的研究,论文理论部分通过研究管内速度流动的规律以及流动阻力,以场协同原理为基础,结合脉动流强化传热的机理,分析内置短纽带对管内流场的影响,并且从考虑速度场与热流场的协同程度出发,从优化设计的角度提高换热效率。论文数值模拟部分利用FLUENT软件建模分析计算,对脉冲流下内置短纽带换热管内的流场特性进行研究,可以得出管内流体的速度云图、压降云图及温度云图等,然后通过后处理分析数据,归纳总结出含结构式的Nu传热系数关联式和含结构式的阻力系数关联式,得出扭转比Y对Nu传热系数影响近似可以忽略,发现扭转比Y=5时,纽带长度L从400mm增加到500mm,管内流动阻力反而减小;同时从数值模拟结果中发现,脉冲流的振幅是影响内置短纽带管强化传热的关键因素。论文实验部分利用粒子成像技术(PIV),搭建水循环系统,对脉冲流下内置短纽带管内速度场和涡量场进行PIV实验研究,结果表明:短纽带扭转比Y=5、长度2/5m≤L≤1/2m时,管内流体流动效果最好,最有利于强化传热;增大脉冲流振幅也有明显能提高强化传热效果。
【关键词】：内置短纽带 脉冲流 流动传热 数值模拟 PIV实验研究
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 内置纽带管的研究现状12-13
• 1.2.1 国内内置短纽带换热管强化传热特性研究12
• 1.2.2 国外内置短纽带换热管强化传热特性研究12-13
• 1.3 脉冲流强化传热技术13-14
• 1.4 粒子成像技术（PIV）对流场的研究进展14-19
• 1.5 论文研究的主要内容19-21
• 第2章 内置短纽带管脉动流流动及传热理论研究21-33
• 2.1 流体在内置纽带管中的运动分析21-22
• 2.1.1 流体在纽带等宽内运动速度分析21
• 2.1.2 流体在纽带边缘与管壁之间环向区域流动分析21-22
• 2.2 场协同原理22-26
• 2.3 纽带结构参数及流动阻力分析26-29
• 2.3.1 纽带材料26-27
• 2.3.2 纽带的结构参数27
• 2.3.3 流动阻力分析27-29
• 2.4 内置纽带管水力直径减小的影响29-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 脉冲流下内置短纽带管流动与换热数值模拟33-61
• 3.1 计算流体动力学方法简介33-34
• 3.2 FLUENT软件简介34
• 3.3 计算模型34-36
• 3.3.1 几何模型34-35
• 3.3.2 模型简化与条件设定35-36
• 3.4 控制方程36
• 3.5 划分网格与区域离散化36-37
• 3.6 湍流模型37-38
• 3.7 边界条件38
• 3.8 计算方法38
• 3.9 UDF程序38-39
• 3.10 数值模拟结果39-59
• 3.10.1 流场特性分析39-40
• 3.10.2 脉冲流参数对温度场的影响40-41
• 3.10.3 不同长度的短纽带管在z=0 处截面处速度场41-44
• 3.10.4 相同长度情况下不同扭转比的影响44-46
• 3.10.5 各组内插短纽带管的Nu数关联式46-49
• 3.10.6 变化为含结构式的Nu系数关联式49-50
• 3.10.7 阻力特性分析50-58
• 3.10.8 传热性能评价58-59
• 3.11 本章小结59-61
• 第4章 脉冲流下内置短纽带管内流场PIV实验研究61-79
• 4.1 PIV实验平台61-66
• 4.1.1 PIV测试系统组成62-64
• 4.1.2 水循环系统64
• 4.1.3 内置短纽带换热管部分64
• 4.1.4 短纽带的选取64-65
• 4.1.5 脉冲流发生器65-66
• 4.2 PIV系统原理及测试步骤66-68
• 4.2.1 PIV系统原理66
• 4.2.2 PIV系统图像后处理66-67
• 4.2.3 示踪粒子67
• 4.2.4 PIV系统测试的标定67-68
• 4.3 PIV实验内容68
• 4.4 PIV实验结果68-77
• 4.4.1 流体相关参数的定义68-69
• 4.4.2 纵截面的流场特性69-77
• 4.5 本章小结77-79
• 第5章 结论79-81
• 参考文献81-87
• 攻读硕士期间已发表的论文87-89
• 致谢89

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