截面形状及涡发生器对螺旋通道流体流动与传热特性的影响

发布时间：2017-07-29 21:07

  本文关键词：截面形状及涡发生器对螺旋通道流体流动与传热特性的影响

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【摘要】：反应釜是化工生产中较为典型的工业设备,物料在反应釜内发生物理或化学反应时,常常伴随着放热或吸热的情况,为了保证最佳的工艺条件,需要控制釜内温度在一定的范围内波动。这就要求反应釜配备传热设备,一般在容器外部或内部设置传热元件,常用的传热元件为夹套和内盘管。由于整体夹套存在流动死区,传热效果较差,常常难以满足反应釜温度控制的要求,而螺旋半圆管夹套、角钢夹套、带螺旋导流板的夹套、螺旋盘管等因流体在通道内做螺旋运动,流动死区较小,并且由于离心力的作用,流体在螺旋通道内产生二次流动,二次流减薄了边界层的厚度,强化了传热。首先,为了探究最优的螺旋夹套结构形式,本文数值研究了流体在6种不同截面形状的螺旋通道内的湍流流动特性,结果表明,截面形状影响流体的流动特性,在截面积相等的条件下,圆形截面螺旋通道的压力损失较小,而三角形螺旋通道的压力损失较大；矩形截面螺旋通道内发现了四涡结构,其余皆为二涡结构；涡量分析表明,三角形截面螺旋通道涡量值较大,而正方形截面螺旋通道涡量值较小。其次,在截面积和加热面积相等的条件下,研究了半圆形、矩形、三角形3种截面形状的螺旋通道的传热特性,结果表明,半圆形螺旋通道的传热效果较好,综合性能也较好,场协同分析表明,半圆形截面螺旋通道内流体的速度场和温度场配合较好,协同程度较高,有利于传热；熵理论分析表明,半圆形截面螺旋通道的不可逆损失较小。然后,本文研究了涡发生器对半圆形螺旋通道流动与传热的影响,考察了球凸的大小及布置方式对流动与换热的影响,并且比较了半圆形、圆柱形、圆锥形3种涡发生器的强化传热作用,但其综合性能评价因子PEC值均小于1,表明湍流状态下,流动阻力的增加值大于传热系数的增加值。因此,湍流状态下,不宜采用这3种涡发生器提高半圆形螺旋通道的综合传热性能。
【关键词】：湍流 螺旋通道 截面形状 涡发生器 强化传热
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ052
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 夹套内流体流动与传热研究现状13-14
• 1.3 螺旋通道内流体流动与传热研究现状14-18
• 1.4 纵向涡发生器18-19
• 1.5 场协同与熵增理论19-21
• 1.5.1 场协同19-20
• 1.5.2 熵增20-21
• 1.6 研究课题简介21-23
• 1.6.1 课题来源21-22
• 1.6.2 本文所做的工作22-23
• 第二章 数值研究理论基础23-30
• 2.1 流体控制方程23-26
• 2.1.1 连续性方程23-24
• 2.1.2 动量方程24-25
• 2.1.3 能量方程25-26
• 2.2 初始条件及边界条件26
• 2.2.1 初始条件26
• 2.2.2 边界条件26
• 2.3 传热控制方程26-27
• 2.4 耦合控制方程27
• 2.5 湍流模型27-29
• 2.5.1 标准k-ε模型27-28
• 2.5.2 RNG k-ε模型28
• 2.5.3 Realizabl k-ε模型28-29
• 2.5.4 SST k-ω双方程模型29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 不同截面形状螺旋通道湍流流动特性30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 物理模型30-31
• 3.3 参数定义31-32
• 3.4 数值方法32-34
• 3.4.1 网格划分32-33
• 3.4.2 湍流模型的选择33-34
• 3.4.3 模型求解34
• 3.5 实验方法34-37
• 3.5.1 实验装置34-35
• 3.5.2 实验步骤35-36
• 3.5.3 实验注意事项36
• 3.5.4 实验数据处理36-37
• 3.6 数值方法与实验方法分析37-39
• 3.6.1 数值结果与实验数据的对比37-38
• 3.6.2 可靠性验证38-39
• 3.7 结果与分析39-48
• 3.7.1 螺旋通道压降分析39
• 3.7.2 欧拉数分析39-40
• 3.7.3 阻力系数分析40-41
• 3.7.4 速度场41-43
• 3.7.5 流线图43-44
• 3.7.6 涡量分析44-45
• 3.7.7 速度场与压力场协同分析45-47
• 3.7.8 湍动能分析47-48
• 3.8 本章小结48-49
• 第四章 不同截面形状螺旋通道传热特性49-68
• 4.1 引言49
• 4.2 几何模型及网格划分49-50
• 4.3 数值方法50
• 4.4 数据处理50-52
• 4.5 模拟结果有效性验证52-53
• 4.6 结果与分析53-67
• 4.6.1 传热特性分析53-56
• 4.6.2 综合性能评价56-59
• 4.6.3 温度均匀性59-61
• 4.6.4 场协同分析61-63
• 4.6.5 熵分析63-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第五章 涡发生器对半圆形螺旋通道流动与传热的影响68-78
• 5.1 引言68
• 5.2 球凸大小对流动换热的影响68-72
• 5.3 球凸布置方式对流动换热的影响72-74
• 5.4 不同类型涡发生器的性能对比74-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士期间发表学术论文88

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本文编号：591078