微米颗粒多相流强化换热机理及影响规律研究
发布时间：2021-03-24 12:28
能源是人类社会生存发展的重要物质基础,合理有效利用能源、保护和改善生态环境,是我国发展所面临的紧迫任务。管壳式换热器适用性强,可靠性高,常作为传热的重要设备。但其换热列管为光管,管壁处存在以导热效应为主的粘性底层而使得换热效果不理想,能源利用率低。因此,研究新型高效的强化换热技术来提高换热器的能源利用率,实现节能目的的意义重大。本文提出一种管内采用导热系数良好的微米颗粒多相流作为换热介质来强化管内对流换热的方法。对颗粒粒径为5μm,颗粒材料分别为石墨、Al2O3、Cu O,雷诺数Re范围为7400～23000,颗粒体积分数分别为0.25%、0.5%、0.75%和1%的颗粒流的努塞尔数Nu和摩擦因子f进行了实验研究。三种微米颗粒多相流的努塞尔数Nu明显高于水介质。石墨颗粒流的努塞尔数Nu增幅最明显,其次是Al2O3和Cu O。三种颗粒流的摩擦因子f均要高于水介质,Cu O颗粒流增幅最大,石墨颗粒流最小。三种颗粒流的综合传热性能评价因子η均优于水介质,其中石墨微米颗粒流的换热效果最好,η因子最高达到2....
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
边界层的形成与发展过程
微米颗粒多相流强化换热机理及影响规律研究3大的区域产生流体扰动作用，从而降低该区域的传热热阻，达到提高传热系数的目的。通过合理地提高热交换器的单位体积的传热面积来增强传热效果，比如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的波纹管和翅片管等材料，使得热交换器的单位体积的传热面积明显提高，从而达到换热设备高效、紧凑的目的。国内外学者研究的和应用的提高换热效果的具体技术总结如下：1.2.1异型管技术传统的圆管或方管为单一截面形状的直管，流体在管中流线轨迹为直线，介质在壁面处流动时对流强度不大，使得径向方向的动量和能量的交换弱，导致换热效率低。于是开发出了各种复杂结构的异型管，该管壁有规律性的变化增强了管壁的对流强度和壁面扰动，提高了换热效率。国内外已研究出各种各样的异型管，主要有螺旋槽管、横纹管、波节管、扭曲管以及翅片管等，见图1-2所示。(a)螺旋槽管(b)横纹管(c)波节管(d)扭曲管(e)翅片管图1-2异型管结构图Figure1-2Structurediagramofshapedtube:(a)spirallyslottedtube;(b)transverselycorrugatedtube;(c)corrugatedtube;(d)twistedduct;(e)finnedtube.BhadouriyaR等[1]通过三维数值模拟和实验研究了扭曲方管内部气流的传热和流阻特性。对均匀壁温边界条件，扭曲比为11.5和16.5，雷诺数Re范围为600~70000的空气进行了实验。结果表明，从层流到湍流状态，传热和压降都得到显着提高，直到雷诺数为9500，确定了层流到湍流的过渡点。与直角方管相比，扭曲比为11.5时，传热和压降相对较高。同时，实验结果发现：在雷诺数Re为100~100000范围内，由于次级流的强烈存在，扭曲方管在层流中表现良好，在湍流状态中也有一
砻鳎珻RT和TT组合作用的效果要比单独使用CRT的要好。与仅使用圆环湍流器CRT的相比，雷诺数，摩擦因子和综合传热因子的平均值分别增加了25.8%，82.8%和6.3%，最高综合传热系数为1.42。SmithE题组对内插不同旋向、不同错开形式、不同交替方式、不同翅片形状等各种扭带进行了大量的换热性能实验，得出了扭带对摩擦因数及传热性能的影响规律，同时给出了不同类型扭带的努塞尔数Nu的关联式以及传热性能评价因子，为扭带强化传热技术的选择与工程应用提供了合理地参考依据。(a)普通扭带(b)打孔扭带(c)剪切扭带(d)带翼扭带图1-3扭带结构图Figure1-3Structureoftwistedtape:(a)typicaltwistedtape;(b)perforatedtwistedtape;(c)twistedtapewithalternateaxis;(d)twistedtapewithrectangularwings.PongjetP等[17]通过实验研究了在恒定热流条件下，在雷诺数Re范围为4000~30000，扭率分别为4和5，三个翼片与风管高度比分别为0.1、0.15和0.2，四个翼片间距与扭带宽度比分别为2、2.5、4和5以及小翼迎角为30°的方管内装有扭带和小翼涡流发生器的传热特性和阻力损失特性进行了实验。实验结果表明，装有扭带和小翼涡流发生器的方管的努塞尔数Nu与摩擦因子f随着翼片与风管高度比的増大而增大，随着间距与带宽比的减小而増大。当扭率为4，翼片与风管高度比为0.2，翼片间距与带宽比为2时，传热和阻力损失最大，当扭率为4，翼片与风管高度比为0.1，翼片间距与扭带宽度比为2时，综合传热效果最佳。装有扭带和小翼涡流发生器的组合技术比装单一扭带技术的传热性能提高约17%。Patil和Babu[18,19]以水为换热介质，冷水以逆流方式流经内部方管，热水流经圆形环。在层流状态下，雷诺数Re为100~2100的范围内，在接近均匀的壁温条件下，对内插入变扭率（递增和?
【参考文献】：
期刊论文
[1]单向开缝翅片管换热器传热与阻力特性试验研究[J]. 施兴兴,袁益超. 低温与超导. 2019(07)
[2]Experimental and numerical study of ?ow structures of the second-mode instability[J]. Yiding ZHU. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(02)
[3]管内Cu-水微米颗粒流湍流强化传热研究[J]. 王涛,金伟娅,高增梁,肖俊建,陶薇,汤剑. 振动与冲击. 2018(05)
[4]Effect of inertial particles with different specific heat capacities on heat transfer in particle-laden turbulent flow[J]. Caixi LIU,Shuai TANG,Yuhong DONG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2017(08)
[5]LBM和CFD数值模拟错流列管流体力学的效率比较[J]. 袁梦霞,乔秀臣. 过程工程学报. 2018(01)
[6]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)
[7]引水隧洞施工通风Euler-Lagrange两相流大涡模拟[J]. 王晓玲,朱泽彪,刘震,刘长欣,禹旺. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(07)
[8]内置扭带管Cu-水纳米流体的流动和传热特性[J]. 孙斌,颜鼎峰,杨迪. 东北电力大学学报. 2016(01)
[9]细小圆管内Micro-PCMS紊流对流传热特性的CFD?DPM模拟[J]. 鲁进利,张汪林,韩亚芳,钱付平. 过程工程学报. 2015(05)
[10]纳米流体在内置扭带管的传热数值模拟[J]. 孙斌,刘彤. 东北电力大学学报. 2015(02)
硕士论文
[1]换热管内插组合扭带强化传热实验与数值模拟研究[D]. 刘宜仔.广西大学 2015
[2]纳米流体强化换热及流动特性的LBM模拟[D]. 秦道洋.大连理工大学 2012
[3]水平管循环流化床换热器防、除垢的实验研究[D]. 张恒.河北工业大学 2008
本文编号：3097723
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
边界层的形成与发展过程
微米颗粒多相流强化换热机理及影响规律研究3大的区域产生流体扰动作用，从而降低该区域的传热热阻，达到提高传热系数的目的。通过合理地提高热交换器的单位体积的传热面积来增强传热效果，比如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的波纹管和翅片管等材料，使得热交换器的单位体积的传热面积明显提高，从而达到换热设备高效、紧凑的目的。国内外学者研究的和应用的提高换热效果的具体技术总结如下：1.2.1异型管技术传统的圆管或方管为单一截面形状的直管，流体在管中流线轨迹为直线，介质在壁面处流动时对流强度不大，使得径向方向的动量和能量的交换弱，导致换热效率低。于是开发出了各种复杂结构的异型管，该管壁有规律性的变化增强了管壁的对流强度和壁面扰动，提高了换热效率。国内外已研究出各种各样的异型管，主要有螺旋槽管、横纹管、波节管、扭曲管以及翅片管等，见图1-2所示。(a)螺旋槽管(b)横纹管(c)波节管(d)扭曲管(e)翅片管图1-2异型管结构图Figure1-2Structurediagramofshapedtube:(a)spirallyslottedtube;(b)transverselycorrugatedtube;(c)corrugatedtube;(d)twistedduct;(e)finnedtube.BhadouriyaR等[1]通过三维数值模拟和实验研究了扭曲方管内部气流的传热和流阻特性。对均匀壁温边界条件，扭曲比为11.5和16.5，雷诺数Re范围为600~70000的空气进行了实验。结果表明，从层流到湍流状态，传热和压降都得到显着提高，直到雷诺数为9500，确定了层流到湍流的过渡点。与直角方管相比，扭曲比为11.5时，传热和压降相对较高。同时，实验结果发现：在雷诺数Re为100~100000范围内，由于次级流的强烈存在，扭曲方管在层流中表现良好，在湍流状态中也有一
砻鳎珻RT和TT组合作用的效果要比单独使用CRT的要好。与仅使用圆环湍流器CRT的相比，雷诺数，摩擦因子和综合传热因子的平均值分别增加了25.8%，82.8%和6.3%，最高综合传热系数为1.42。SmithE题组对内插不同旋向、不同错开形式、不同交替方式、不同翅片形状等各种扭带进行了大量的换热性能实验，得出了扭带对摩擦因数及传热性能的影响规律，同时给出了不同类型扭带的努塞尔数Nu的关联式以及传热性能评价因子，为扭带强化传热技术的选择与工程应用提供了合理地参考依据。(a)普通扭带(b)打孔扭带(c)剪切扭带(d)带翼扭带图1-3扭带结构图Figure1-3Structureoftwistedtape:(a)typicaltwistedtape;(b)perforatedtwistedtape;(c)twistedtapewithalternateaxis;(d)twistedtapewithrectangularwings.PongjetP等[17]通过实验研究了在恒定热流条件下，在雷诺数Re范围为4000~30000，扭率分别为4和5，三个翼片与风管高度比分别为0.1、0.15和0.2，四个翼片间距与扭带宽度比分别为2、2.5、4和5以及小翼迎角为30°的方管内装有扭带和小翼涡流发生器的传热特性和阻力损失特性进行了实验。实验结果表明，装有扭带和小翼涡流发生器的方管的努塞尔数Nu与摩擦因子f随着翼片与风管高度比的増大而增大，随着间距与带宽比的减小而増大。当扭率为4，翼片与风管高度比为0.2，翼片间距与带宽比为2时，传热和阻力损失最大，当扭率为4，翼片与风管高度比为0.1，翼片间距与扭带宽度比为2时，综合传热效果最佳。装有扭带和小翼涡流发生器的组合技术比装单一扭带技术的传热性能提高约17%。Patil和Babu[18,19]以水为换热介质，冷水以逆流方式流经内部方管，热水流经圆形环。在层流状态下，雷诺数Re为100~2100的范围内，在接近均匀的壁温条件下，对内插入变扭率（递增和?
【参考文献】：
期刊论文
[1]单向开缝翅片管换热器传热与阻力特性试验研究[J]. 施兴兴,袁益超. 低温与超导. 2019(07)
[2]Experimental and numerical study of ?ow structures of the second-mode instability[J]. Yiding ZHU. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2019(02)
[3]管内Cu-水微米颗粒流湍流强化传热研究[J]. 王涛,金伟娅,高增梁,肖俊建,陶薇,汤剑. 振动与冲击. 2018(05)
[4]Effect of inertial particles with different specific heat capacities on heat transfer in particle-laden turbulent flow[J]. Caixi LIU,Shuai TANG,Yuhong DONG. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2017(08)
[5]LBM和CFD数值模拟错流列管流体力学的效率比较[J]. 袁梦霞,乔秀臣. 过程工程学报. 2018(01)
[6]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)
[7]引水隧洞施工通风Euler-Lagrange两相流大涡模拟[J]. 王晓玲,朱泽彪,刘震,刘长欣,禹旺. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(07)
[8]内置扭带管Cu-水纳米流体的流动和传热特性[J]. 孙斌,颜鼎峰,杨迪. 东北电力大学学报. 2016(01)
[9]细小圆管内Micro-PCMS紊流对流传热特性的CFD?DPM模拟[J]. 鲁进利,张汪林,韩亚芳,钱付平. 过程工程学报. 2015(05)
[10]纳米流体在内置扭带管的传热数值模拟[J]. 孙斌,刘彤. 东北电力大学学报. 2015(02)
硕士论文
[1]换热管内插组合扭带强化传热实验与数值模拟研究[D]. 刘宜仔.广西大学 2015
[2]纳米流体强化换热及流动特性的LBM模拟[D]. 秦道洋.大连理工大学 2012
[3]水平管循环流化床换热器防、除垢的实验研究[D]. 张恒.河北工业大学 2008
本文编号：3097723
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3097723.html
最近更新
教材专著
