凸胞管的强化换热特性研究及优化设计
发布时间：2022-02-13 22:04
随着能源的日益紧缺,以提高能源利用效率为目的的高效节能换热器已成为国内外研究的热点。对流换热强化技术中的被动强化技术因无需外部提供动力,因此被广泛应用于换热设备中。本文在凸胞凹坑板式换热器的基础上,提出在圆形光滑管表面上交错均匀冲压出一定深度的凸胞形成凸胞换热管,以提高换热效率。首先,本文在以实验数据验证计算模型正确的基础上分析了凸胞管的强化换热机理,随后研究了结构参数及排列方式对凸胞管内部换热及流阻性能的影响并对其进行了优化,最后对凸胞管与螺旋槽管、横纹槽管的性能进行了对比。主要研究结果如下:（1）以错排凸胞管为例建立物理和数学模型,将模拟结果与文献中的实验数据、经验公式进行对比,验证计算模型的正确性;将凸胞管与光滑管进行对比,从速度场、湍动能及场协同理论分析凸胞管的强化传热机理。结果表明:相较于光滑管,凸胞管的换热性能提高了 14.93～25.87%,流动阻力平均增加了 1 8.17%;由传热机理分析可知,流体经过凸胞时可产生垂直于主流方向的二次流,减小了速度场与温度场的场协同角,提高了热传递效率。（2）从单因素、多因素分别研究了凸胞结构参数、流动参数对换热及流阻性能的变化规律,并...
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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【参考文献】：
期刊论文
[1]波纹管内部流体流动性能的分析[J]. 王战辉,马向荣,高勇,李瑞瑞. 化工科技. 2019(04)
[2]用于海鲜酱杀菌的折流板波纹管换热器传热与流动性研究[J]. 胡卫朋,梁才航,莫家国,李小良,谭启勇. 热科学与技术. 2019(02)
[3]横纹槽管管内流动与强化传热三维数值模拟[J]. 陈邦强,李庆生. 化学工程与装备. 2018(11)
[4]双向扭曲管传热与流阻特性及其多目标优化[J]. 王定标,王光辉,彭旭,向飒. 热科学与技术. 2018(05)
[5]波纹管流阻特性实验研究与数值模拟[J]. 崔永龙,赵术伟,范荣超,徐雷,蒋彦龙. 机械研究与应用. 2018(03)
[6]螺旋槽管内气液两相流型的数值模拟[J]. 潘瑜琰,李维. 建筑热能通风空调. 2018(06)
[7]实验设计及kriging响应面在优化设计中的应用[J]. 徐兴伟,胡晓兵,武韶敏,赵清祥. 组合机床与自动化加工技术. 2017(01)
[8]横纹槽管内插扭带复合强化传热的试验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成. 机械工程学报. 2016(24)
[9]横纹槽管内插断续扭带复合强化传热的实验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成. 热能动力工程. 2016(09)
[10]螺旋内肋扭曲管换热与流阻性能研究[J]. 王定标,谷帆江,向飒,邓静,郑梦欣,董桢,张喜迎. 压力容器. 2016(02)
硕士论文
[1]Y型内肋换热管的强化换热特性研究[D]. 贾梦川.西安电子科技大学 2018
[2]螺旋内肋扭曲管换热器性能分析及多目标优化研究[D]. 谷帆江.郑州大学 2016
[3]内螺纹扭曲管换热器强化传热与流阻性能研究及其工程应用[D]. 张立振.华东理工大学 2013
[4]凹坑凸胞板式换热器性能的数值研究[D]. 梁珍祥.郑州大学 2012
本文编号：3624002
【文章来源】：陕西科技大学陕西省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－５扭曲管示意图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｔｗｉｓｔｅｄ?ｔｕｂｅ??扭曲管可以用于大部分常见的管壳式换热器，节省２６．５％？５１％的传热面积，产生??
速度尝??温度尝湍动能及场协同理论等方面分析凸胞管的强化换热机理。??２．１物理模型??本文研宄的凸胞换热管是以凹凸板式换热器为基础上提出来的，在圆形光滑管的表??面上交错均匀冲压出一定深度的凸胞而得到的。通过Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ三维建模软件建立的几??何模型，换热管的总长度为５２０ｍｍ，直径为２０ｍｍ，取实际工程中换热管的８个周期作??为研究对象，为了维持管内的湍流状态，在进出口分别接了?８０ｍｍ的光滑管，主要参数??为凸胞半径ｒ、凸胞深度／；及凸胞节距；７，结构示意图及模型图如图２－丨所示??，???—￣???ｉ?ｉｉ?ｎ?ｎ?ｎ?！ｊ?：?ｎ?ｐ?ｎ?ｎ?ｒ?ｒ?ｉ?；?ｉ?？?丨?＿??Ｐ?＼??ｉ??图２－丨凸胞换热管的几何模型??Ｆｉｇ．２－１?Ｇｅｏｍｅｔｉｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ａ?ｒｏｗ?ｏｆ?ａｌｉｇｎｅｄ?ｃｏｎｖｅｘ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｔｕｂｅｓ??２．２数学模型??２．２．１湍流模型??自然界中流体主要有层流和湍流两种流动状态，可以通过雷诺数来判断。层流??指流体各质点沿平行于主流的方向运动，不存在垂直于主流方向的运动，流动过程中的??１５??
?陕西科技大学硕士学位论文???处的流动过程比较复杂，为了更精确地分析凸胞管对换热及流阻的影响，特对凸胞处的??网格进行加密，结果如图２－３所示。??１３０?１〇．２５??－＊?／??１，５?－????－０．２０??？１００??８５?－?－?〇．１５??７０?－??０．４?０．８?１．２?１．６＇１０??Ｅｌｅｍｅｎｔ?ｓｉｚｅ（ｍｍ）??图２－２不同网格尺寸对努赛尔数■、阻力系数／的影响??Ｆｉｇ．２－２?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｇｒｉｄ?ｓｉｚｅｓ?ｏｎ?Ｎｕｓｓｅｒ?ｎｕｍｂｅｒ?Ｎｕ?ａｎｄ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ／??０．０＾?１５；＾?３０－０Ｃ０?（ｍｍ）??７ＪＳ００?２２５００??图２－３凸胞处网格划分示意图??Ｆｉｇ．２－３?Ｍｅｓｈ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ａｔ?ｃｏｎｖｅｘ?ｃｅｌｌｓ??２．４计算方法验证??本文主要采用数值模拟的方法进行分析研究，为了验证数值模拟方法及设置的正确??性，本节在雷诺数／＾＝丨３丨３６？５２５４４的范围内，采用章节２．２．４中介绍的数学模型与边??界条件，对文献ｍ中提供的光滑管（结构参数０１５．８８ｘ０．８，长度为５２０ｍｍ）进行模拟，??将模拟结果得到的努赛尔数Ａ＾、阻力系数／与文献中的实验结果、经验关联式（Ｇｍ’ｅｌｉｎｓｋｉｖ??经验公式、布拉休斯公式）进行对比，验证结果如图２－４所示。??Ｇｎｉｅｌｉｎｓｋｉｖ?公式Ｉ５２］：??ｖ?（／／８）（办－１０００）Ｐｒ?ｒｉ?，』＂、奶?＾??＾?＝?１?＋?１２．７＾（＾－７）［１?＋?（＾?私?（８）??式中：??Ｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]波纹管内部流体流动性能的分析[J]. 王战辉,马向荣,高勇,李瑞瑞. 化工科技. 2019(04)
[2]用于海鲜酱杀菌的折流板波纹管换热器传热与流动性研究[J]. 胡卫朋,梁才航,莫家国,李小良,谭启勇. 热科学与技术. 2019(02)
[3]横纹槽管管内流动与强化传热三维数值模拟[J]. 陈邦强,李庆生. 化学工程与装备. 2018(11)
[4]双向扭曲管传热与流阻特性及其多目标优化[J]. 王定标,王光辉,彭旭,向飒. 热科学与技术. 2018(05)
[5]波纹管流阻特性实验研究与数值模拟[J]. 崔永龙,赵术伟,范荣超,徐雷,蒋彦龙. 机械研究与应用. 2018(03)
[6]螺旋槽管内气液两相流型的数值模拟[J]. 潘瑜琰,李维. 建筑热能通风空调. 2018(06)
[7]实验设计及kriging响应面在优化设计中的应用[J]. 徐兴伟,胡晓兵,武韶敏,赵清祥. 组合机床与自动化加工技术. 2017(01)
[8]横纹槽管内插扭带复合强化传热的试验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成. 机械工程学报. 2016(24)
[9]横纹槽管内插断续扭带复合强化传热的实验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成. 热能动力工程. 2016(09)
[10]螺旋内肋扭曲管换热与流阻性能研究[J]. 王定标,谷帆江,向飒,邓静,郑梦欣,董桢,张喜迎. 压力容器. 2016(02)
硕士论文
[1]Y型内肋换热管的强化换热特性研究[D]. 贾梦川.西安电子科技大学 2018
[2]螺旋内肋扭曲管换热器性能分析及多目标优化研究[D]. 谷帆江.郑州大学 2016
[3]内螺纹扭曲管换热器强化传热与流阻性能研究及其工程应用[D]. 张立振.华东理工大学 2013
[4]凹坑凸胞板式换热器性能的数值研究[D]. 梁珍祥.郑州大学 2012
本文编号：3624002
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