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偏心旋流管强化换热的数值分析

作　者: 马良
导　师: 刘伟
学　校: 华中科技大学
专　业: 工程热物理
关键词: 偏心旋流管数值模拟场协同换热与流动综合性能
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要

由于能源的短缺，强化换热技术一直是人们研究的重点。在这种背景下，强化传热的各种理论和技术创新层出不穷，本文运用场协同原理及流体减阻思想设计开发出一种新型高效强化传热管，该管为一根等径光滑圆形传热管螺旋绕制而成，绕制后传热管的任一横截面仍为等径圆形，但截面圆心沿轴向与管对称轴的距离发生了周期性大小及方向的改变。本文首先建立了偏心旋流管的几何模型和数学模型，分析了管内传热与流动特性以及它们的综合性能，应用FLUENT软件对不同流动状态和结构下的换热与流动进行了数值计算。其次，整理出模拟结果。研究结果表明对于偏心旋流管，减小导程、增大偏心距使换热效果增强的同时，阻力增大；随着雷诺数增大，换热管综合性能变优，PEC值最高可达3左右，EEC值最高能达到1.3，优化管型EEC值可以全程在1以上；在本文研究的导程及偏心距范围内，入口段EEC值峰值区间大概位于导程/偏心距=30～60的范围内；充分发展段EEC值峰值区间大概位于导程/偏心距=70～100的范围内。本文数值计算表明，强化传热管平均Nu为光管的1-2.1倍，平均f为光管的1-1.6倍；相同功耗下，其换热量相比于等换热面积的光滑圆管可提高20%～30%左右；如果将其应用于管壳式换热器中，可通过相邻螺旋状传热管的接触点实现相互支撑和固定，省略了壳侧折流板、折流杆等支撑部件，使得换热器结构紧凑，体积比一般换热器小，而换热面积比一般换热器大，节省了投资费用；同时传热管管内整体旋流，可有效抑制管壁结垢的产生，提高换热器的使用寿命及安全性能，特别适用于采用高粘度、不洁净及易结焦换热工质的场合；因而其在炼油及化工行业其有着良好的应用前景。所以，基于场协同原理及流体减阻思想，通过迫使管内流体整体旋流来提高换热，同时尽量避免产生强烈的二次流和涡流，能达到同功耗下换热增强的效果。最后，对本文的研究工作进行了总结，得出了符合实际的结论，为偏心旋流管的工业应用和新型强化传热管的开发应用提供了理论指导。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 背景与意义  8-16
  1.1 国内外研究现状  8-11
  1.2 课题来源及研究意义  11-15
  1.3 本章小结  15-16
2 研究内容与方法  16-28
  2.1 研究的理论基础  16-20
  2.2 物理与数学模型的建立  20-22
  2.3 强化传热的数值解法  22-26
  2.4 传热与流动计算以及综合性能分析  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 计算结果与分析  28-56
  3.1 偏心旋流管入口段传热与流动特性分析  28-42
  3.2 偏心旋流管充分发展段传热与流动特性分析  42-54
  3.3 本章小结  54-56
4 总结与展望  56-58
  4.1 总结  56-57
  4.2 展望  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-64
附录攻读硕士学位期间发表论文和申请专利  64

偏心旋流管强化换热的数值分析

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