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机械加工表面多孔管外冷凝实验研究

作　者: 殷亚州
导　师: 李惟毅
学　校: 天津大学
专　业: 热能工程
关键词: 管束强化传热表面多孔管蒸汽冷凝机械加工
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

我国工业化发展和人民生活水平的不断提高使得人们对能源的消耗量与日俱增,在实现合理高效利用现有能源和新能源开发中,蒸汽冷凝传热过程的强化对于节约能源、原材料和工程费用等具有重要意义。在化工热力装置系统中,能源费用约占装置总的操作费用的60%。因此开发高效紧凑的传热设备,实现强化传热和用能的优化,对化工热力设备经济效益的提高具有决定性意义。一方面,目前蒸汽冷凝传热设备中仍有不少使用光管作为传热元件,其冷凝传热系数相当低。另一方面,冷凝侧热阻在管壳式传热器的传热热阻中占主要部分,因此强化这类设备的冷凝侧传热性能成为提高整体传热性能的关键。目前工业应用相关的冷凝基本上都是膜状冷凝,因此提高膜状凝结的表面传热系数始终是强化冷凝传热的主攻方向。从膜状凝结的机理可知,提高膜状凝结传热效果的关键是促进液膜排泄以及尽可能的使液膜变薄。提高膜状凝结的表面传热系数的方法有很多,采用机械加工方法获得粗糙表面是目前较简单、经济可行的一种,其强化传热原理是,利用凝结液的表面张力把液膜拉向壁表面沟槽的凹部,并顺沟槽迅速排走,而在突起的脊部留下的液膜非常薄。本文对两种使用机械加工方法获得的表面多孔管进行了实验研究,冷凝介质分别为纯水和浓度99.7%以上的分析纯酒精,工作压力为1个大气压。实验结果表明,这两种管的传热性能比同规格工业光管的传热性能有了显著的提高。在实验负荷内其冷凝传热系数分别是光管的3.8~5.6倍(BF管)和1.75-3.5倍(棱型管)。相同工况下,水的冷凝传热性能比酒精的传热性能好;不同工况下,部分冷凝工况下的冷凝传热性能比全凝工况好,这是因为蒸汽流动方向与冷凝液重力方向一致,剪切力促使冷凝液更快地脱离管壁。在整理各类管型实验结果的基础上,分析了蒸汽冷凝传热机理并对影响蒸汽冷凝强化传热的各种因素进行了讨论,根据实验结果以及对强化冷凝传热机理的研究,选择合适的关联式,整理得到冷凝传热性能与冷凝介质的有关物性以及机械加工管的主要几何参数间的函数关系式。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 蒸汽冷凝传热的研究进展  9-12
  1.3 本论文的主要研究内容  12-13
第二章冷凝传热强化的理论基础  13-20
  2.1 冷凝机理概述  13-14
  2.2 膜状冷凝的基础模型  14-17
    2.2.1 努塞尔特模型  15-17
    2.2.2 对流模型  17
  2.3 强化冷凝传热的影响因素  17-20
    2.3.1 蒸汽的流动速度和方向  18
    2.3.2 蒸汽中不可凝汽体的影响  18
    2.3.3 冷凝表面状况  18
    2.3.4 表面张力的影响  18-19
    2.3.5 管子排数  19-20
第三章水平管束外的冷凝传热计算方法  20-25
  3.1 物性计算  20
    3.1.1 水的物性  20
    3.1.2 酒精的物性  20
  3.2 管外传热系数的确定  20-25
    3.2.1 实验热平衡检验  20-21
    3.2.2 冷凝管内的对流传热系数  21-23
    3.2.3 管外冷凝对流传热系数的确定  23-25
第四章管外冷凝强化传热实验及其数据分析  25-45
  4.1 实验系统介绍及准备工作  25-33
    4.1.1 实验装置介绍  25-29
    4.1.2 实验元件结构  29
    4.1.3 实验准备工作  29-33
  4.2 实验原理、方法及调节参数  33-35
    4.2.1 测试原理  33
    4.2.2 注意事项  33-34
    4.2.3 调节装置  34
    4.2.4 实验主要测量参数  34
    4.2.5 实验测试工况  34-35
  4.3 管束实验现象的比较  35-37
  4.4 实验结果与分析  37-42
    4.4.1 管外传热系数及总传热系数的实验结果与分析  37-38
    4.4.2 酒精管外传热系数及总传热系数的实验结果与分析  38-40
    4.4.3 酒精全凝及部分凝结工况的实验结果与分析  40-41
    4.4.4 各管型不同工质间的实验结果与分析  41-42
  4.5 实验关联式  42-43
  4.6 误差分析  43-45
    4.6.1 流量测量的不确定度  43-44
    4.6.2 温度测量的不确定度  44
    4.6.3 平均冷凝传热系数的不确定度  44-45
第五章结论  45-47
附录  47-53
参考文献  53-56
发表论文和参加科研情况说明  56-57
致谢  57

机械加工表面多孔管外冷凝实验研究

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