基于双向流固耦合的熔盐蓄热过程特性研究
发布时间：2021-01-13 16:26
随着熔盐蓄热的大规模应用,提高熔盐蓄放热效率具有至关重要的意义。流体诱导振动强化传热技术为强化液态熔盐显热蓄热的研究提供了新的思路。本文以熔盐蓄热过程为研究对象,采用数值模拟方法和实验研究方法,给出了能够实现流体诱导振动的双螺旋管束元件结构,分析了其在熔盐蓄热过程中的振动、传热以及疲劳强度等特性。研究结果为螺旋管束振动元件在熔盐蓄热强化传热过程中的应用提供了理论依据和技术支持。主要研究工作总结如下:1.基于流体诱导振动理论,结合熔盐蓄热过程基本特性,提出了双螺旋管束结构和三螺旋管束结构的振动元件。通过比较二者在不同流体诱导条件下的振动特性发现,管内施加脉动流诱导双螺旋管束将产生较好的振动效果。2.采用有限元分析与实验研究相结合的方法对双螺旋管束固有振动特性进行分析,得到了管束的固有振动频率和振型。采用双向流固耦合的数值模拟方法,研究了脉动流参数、管外熔盐流速和熔盐温度对于管束振动特性的影响规律。设计正交试验方案,分析了不同结构参数下双螺旋管束的振动特性。3.建立了管束的单元振动模型,分析了振动强化传热的机理,得到了表面传热系数随管壁振幅、频率以及振动方向的变化规律,并研究了不同熔盐流速...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２熔盐蓄热系统??
?山东大学硕士学位论文??振动产生的能量通过自身弹性阻尼作用逐步耗散，从而避免了元件破坏。本课题??组成员在长期研宄过程中，给出了多种流体诱导振动强化传热结构。本文基于以??上设计理念并参照熔盐换热器中常见的螺旋型结构，提出了如图２－１所示的螺旋??管束振动元件。??根据流体诱导管束振动的基本工作特点，本文提出了如下两种螺旋型结构管??束：双螺旋结构和三螺旋结构。对应的基本结构特征可表述为：每排管束（如Ｉ、??ＩＩ、ＩＩＩ）由紫铜管并排形成空间螺旋分布，管束的之间的接口由具有一定质量的不??锈钢块（Ｍ、Ｍｉ、Ｍ２）焊接而成。该振动元件的流体进出口分别为最内侧和最外侧??管束的一端Ａ和Ｂ，并且进出口截面为约束端，不锈钢连接块一端为非约束端。??在实际运行过程中，由于流固耦合作用，管内外流体流经螺旋管束将诱导管束产??生振动。三螺旋结构与双螺旋结构相比，主要区别在于：三螺旋结构多出一个连??接块非约束端，因而空间自由度较高，这将对流体诱导管束的振动特性产生较大??的影响。??导霉??（ａ）双螺旋结构?（ｂ）三螺旋结构??图２－１螺旋管束振动元件的基本结构??２．３双向流固耦合的数值模拟方法??本文采用ＡＮＳＹＳ进行双向流固顆合的计算，通过Ｆｌｕｉｄ?Ｈｏｗ模块进行流体??求解计算，Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ模块进行瞬态结构分析，数据交换通过Ｓｙｓｔｅｍ??Ｃｏｕｐｌｉｎｇ模块完成。图２－２为ＡＮＳＹＳ双向流固耦合分析系统图。??１２??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]平面弹性管束疲劳强度与强化换热的数值分析[J]. 段德荣,葛培琪,毕文波,王安民. 工程热物理学报. 2016(12)
[2]组合式相变材料最佳相变温度的热力学分析[J]. 胡芃,卢大杰,赵盼盼,陈则韶. 化工学报. 2013(07)
[3]中高温储热材料的研究现状与展望[J]. 葛志伟,叶锋,Mathieu Lasfargues,杨军,丁玉龙. 储能科学与技术. 2012(02)
[4]使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究[J]. 唐小梅,于航. 建筑节能. 2012(03)
[5]Experimental study of viscosity characteristics of hightemperature heat transfer molten salts[J]. CHEN YongChang*,WU YuTing,REN Nan & MA ChongFang Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation,Ministry of Education and Key Laboratory of Heat Transfer and Energy Conversion,Beijing Education Commission,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(11)
[6]流体诱导新型弹性管束振动强化传热实验[J]. 田茂诚,姜波,冷学礼,程林. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[7]螺旋槽管内流动换热场协同分析[J]. 唐玉峰,田茂诚,冷学礼. 山东大学学报(工学版). 2011(02)
[8]强化传热技术及其应用[J]. 牛小飞,李志学,徐永明. 广州化工. 2009(09)
[9]Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Thang Ngoc Cong. Progress in Natural Science. 2009(03)
[10]等径弯曲通道制备的超细晶铜的疲劳性能[J]. 王庆娟,徐长征,郑茂盛,朱杰武,M．Buksa,L．Kunz. 金属学报. 2007(05)
博士论文
[1]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[2]弹性管束换热器壳程分布式脉动流诱导管束振动研究[D]. 季家东.山东大学 2016
[3]弹性管束流体诱导振动及换热特性研究[D]. 宿艳彩.山东大学 2012
[4]振动强化传热机理分析及新型振动传热元件实验研究[D]. 姜波.山东大学 2010
[5]振动圆管外强化传热机理及污垢生长特性研究[D]. 冷学礼.山东大学 2007
硕士论文
[1]流体诱导振动的双向热流固耦合强化传热机理研究[D]. 李哲阳.南昌大学 2018
[2]管内流体诱导锥螺旋弹性管束振动及换热研究[D]. 王安民.山东大学 2017
[3]弹性管束换热器管束的受力及应力分析[D]. 董蓬莱.山东大学 2016
[4]多轴非比例载荷下金属材料的疲劳寿命预测[D]. 陈志超.南京航空航天大学 2012
本文编号：2975190
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２熔盐蓄热系统??
?山东大学硕士学位论文??振动产生的能量通过自身弹性阻尼作用逐步耗散，从而避免了元件破坏。本课题??组成员在长期研宄过程中，给出了多种流体诱导振动强化传热结构。本文基于以??上设计理念并参照熔盐换热器中常见的螺旋型结构，提出了如图２－１所示的螺旋??管束振动元件。??根据流体诱导管束振动的基本工作特点，本文提出了如下两种螺旋型结构管??束：双螺旋结构和三螺旋结构。对应的基本结构特征可表述为：每排管束（如Ｉ、??ＩＩ、ＩＩＩ）由紫铜管并排形成空间螺旋分布，管束的之间的接口由具有一定质量的不??锈钢块（Ｍ、Ｍｉ、Ｍ２）焊接而成。该振动元件的流体进出口分别为最内侧和最外侧??管束的一端Ａ和Ｂ，并且进出口截面为约束端，不锈钢连接块一端为非约束端。??在实际运行过程中，由于流固耦合作用，管内外流体流经螺旋管束将诱导管束产??生振动。三螺旋结构与双螺旋结构相比，主要区别在于：三螺旋结构多出一个连??接块非约束端，因而空间自由度较高，这将对流体诱导管束的振动特性产生较大??的影响。??导霉??（ａ）双螺旋结构?（ｂ）三螺旋结构??图２－１螺旋管束振动元件的基本结构??２．３双向流固耦合的数值模拟方法??本文采用ＡＮＳＹＳ进行双向流固顆合的计算，通过Ｆｌｕｉｄ?Ｈｏｗ模块进行流体??求解计算，Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ模块进行瞬态结构分析，数据交换通过Ｓｙｓｔｅｍ??Ｃｏｕｐｌｉｎｇ模块完成。图２－２为ＡＮＳＹＳ双向流固耦合分析系统图。??１２??
Ｍｅｓｈ?＾?Ａ?、■?３?參?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?？?Ａ?ｊｌ?：?ｌｕｔｉｏｎ?Ａ??４麴?Ｓｅｔｕｐ?Ｖ?？?Ｍｏｄｅｌ?管?ｊ?Ｊ?／?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｃｏｕｐｌｉｎｇ??５?｜ｇ）?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?＾?ｊ?＼?５?凝?Ｓｅｔｕｐ?Ｖ?／??６?（９?Ｒｅｓｕｌｔｓ?９?ｊ?＼?６?（§）?Ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｙ?Ａ?＼??Ｆｌｕｉｄ?Ｐｌｏｗ?（Ｆｌｕｅｎｔ）?＼?７?０?Ｒｅｓｕｌｔｓ?＾?Ａ?／??＼?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?／??图２－２?ＡＮＳＹＳ双向流固耦合分析系统??２．３．１基本控制方程??双向流固耦合计算涉及到流体域的求解，因而满足流体的质量守恒定律、??动量守恒定律、能量守恒定律：??连续性方程：??＃?＝?〇?（２－１）??ｄｘｉ??动量方程：??ｄｕｉ?ｄＰ?ｄ?（ｄｕｉ＼?１、??＋?（２－２）??能量方程：??Ｕｉ＾；＝ａ＾（￡）?（２－３）??式中：ｉ，）?＝?１，２，３；?ｐ为流体密度；Ｐ为压强；ｍ为动力黏度；ａ为热扩散系数。??本次数值计算湍流模型选取标准／ｃ?－?￡ｐｓｉ／〇ｎ方程，其表达式如下：??ｆｃ方程：??Ｐ罟＋?ｐｕ／茕＝忐［（＂?＋告）岩］＋＂々（舞＋货）（２＿４）??ｓ方程：??Ｐ吾仰喘＝４［（＂＋刼＋心々（舞＋?ｇ）＿Ｃ４?（２－５）??／ｃ方程和ｓ方程所包含的四个经验常数Ｑ、Ｃ２、外、％是通过对某些特定湍流??过程进行分析和测量来确定。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]平面弹性管束疲劳强度与强化换热的数值分析[J]. 段德荣,葛培琪,毕文波,王安民. 工程热物理学报. 2016(12)
[2]组合式相变材料最佳相变温度的热力学分析[J]. 胡芃,卢大杰,赵盼盼,陈则韶. 化工学报. 2013(07)
[3]中高温储热材料的研究现状与展望[J]. 葛志伟,叶锋,Mathieu Lasfargues,杨军,丁玉龙. 储能科学与技术. 2012(02)
[4]使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究[J]. 唐小梅,于航. 建筑节能. 2012(03)
[5]Experimental study of viscosity characteristics of hightemperature heat transfer molten salts[J]. CHEN YongChang*,WU YuTing,REN Nan & MA ChongFang Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation,Ministry of Education and Key Laboratory of Heat Transfer and Energy Conversion,Beijing Education Commission,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(11)
[6]流体诱导新型弹性管束振动强化传热实验[J]. 田茂诚,姜波,冷学礼,程林. 山东大学学报(工学版). 2011(05)
[7]螺旋槽管内流动换热场协同分析[J]. 唐玉峰,田茂诚,冷学礼. 山东大学学报(工学版). 2011(02)
[8]强化传热技术及其应用[J]. 牛小飞,李志学,徐永明. 广州化工. 2009(09)
[9]Progress in electrical energy storage system:A critical review[J]. Thang Ngoc Cong. Progress in Natural Science. 2009(03)
[10]等径弯曲通道制备的超细晶铜的疲劳性能[J]. 王庆娟,徐长征,郑茂盛,朱杰武,M．Buksa,L．Kunz. 金属学报. 2007(05)
博士论文
[1]弹性管束流体诱导振动强化换热与疲劳强度研究[D]. 段德荣.山东大学 2017
[2]弹性管束换热器壳程分布式脉动流诱导管束振动研究[D]. 季家东.山东大学 2016
[3]弹性管束流体诱导振动及换热特性研究[D]. 宿艳彩.山东大学 2012
[4]振动强化传热机理分析及新型振动传热元件实验研究[D]. 姜波.山东大学 2010
[5]振动圆管外强化传热机理及污垢生长特性研究[D]. 冷学礼.山东大学 2007
硕士论文
[1]流体诱导振动的双向热流固耦合强化传热机理研究[D]. 李哲阳.南昌大学 2018
[2]管内流体诱导锥螺旋弹性管束振动及换热研究[D]. 王安民.山东大学 2017
[3]弹性管束换热器管束的受力及应力分析[D]. 董蓬莱.山东大学 2016
[4]多轴非比例载荷下金属材料的疲劳寿命预测[D]. 陈志超.南京航空航天大学 2012
本文编号：2975190
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