【摘要】：近年來我國環(huán)境污染問題日益嚴重,能源消耗量逐年增加,因此節(jié)能減排政策迫在眉睫。而熱管換熱器正是在這個大形勢下應運而生,其具有的壓力損失小,換熱效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,運行性能優(yōu)越等特點,已成為工業(yè)領域內(nèi)重要的節(jié)能設備。如今無論是化工行業(yè)還是鋼鐵行業(yè),都存在有大量含腐蝕性的余熱煙氣,以徑向熱管作為傳熱元件的熱管換熱器能有效防止露點腐蝕等問題。因此本文針對應用于低溫余熱回收領域的同軸徑向熱管的傳熱及流動特性進行了深入研究,主要完成了以下工作內(nèi)容:(1)搭建徑向熱管試驗臺,在不同工況條件,操作條件和結(jié)構(gòu)條件下獲得熱管的傳熱特性,并選取適當?shù)膶嶒灁?shù)據(jù)驗證穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型及CFD模型結(jié)果。同時文中具體分析了MIXTURE和VOF兩相流模型的數(shù)值計算區(qū)別,考慮氣液表面張力以及工質(zhì)的物性變化影響,并添加UDF函數(shù)建立同軸徑向熱管相變模型,實現(xiàn)徑向熱管內(nèi)蒸發(fā)和冷凝現(xiàn)象的模擬。(2)采用FLUENT 16進行熱管的蒸發(fā)冷凝計算,“可視化”的觀察到了冷凝壁面上液滴的生成、合并、脫落及氣泡的產(chǎn)生的全過程。結(jié)果表明VOF模型能清晰的觀察到氣液界面分布規(guī)律,而MIXTURE模型能精確的計算出管內(nèi)速度矢量分布及液膜厚度對冷凝壁面換熱的影響,同時數(shù)值模型的溫度分布與實驗所測結(jié)果基本一致,通過網(wǎng)格無關性檢驗,兩者誤差保持在5%之內(nèi),驗證出CFD數(shù)值模擬的準確性。(3)對徑向熱管穩(wěn)態(tài)傳熱過程詳細分析,并結(jié)合工程熱力學定容恒熱流穩(wěn)定加熱過程,添加管內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量守恒條件,推算出充液率對熱管蒸汽溫度的擬合關系式。同時根據(jù)熱管熱平衡關系及管內(nèi)質(zhì)量守恒條件編寫了熱管穩(wěn)態(tài)數(shù)值計算的MATLAB程序及GUIDE界面程序,計算分析出熱管在不同工況參數(shù),結(jié)構(gòu)參數(shù),操作參數(shù)下的最大換熱效率,換熱總熱阻以及各傳熱過程的平均溫度值變化。計算得出隨著充液率達到44.8%時,徑向熱管穩(wěn)態(tài)換熱性能達到最佳效果,最后對比熱管實驗結(jié)果,證明該數(shù)值計算的可行性和準確性。(4)結(jié)合努賽爾經(jīng)典凝結(jié)換熱模型,推導出徑向熱管冷凝壁面處的液膜厚度及局部換熱系數(shù)公式,并利用MATLAB擬合出熱管穩(wěn)態(tài)情況下,沿著管壁處的平均液膜厚度分布及局部換熱系數(shù)分布,結(jié)果表明液膜對徑向熱管的傳熱特性具有很大的影響。(5)建立徑向熱管非穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型,對熱管各個傳熱過程建立集總參數(shù)數(shù)學模型,并簡化管內(nèi)復雜兩相流動,分析出熱管輸入功率和冷卻水流速對徑向熱管啟動過程的影響。研究結(jié)果對余熱鍋爐的啟動運行具有一定指導意義。
【圖文】：

2b.重力熱管圖 1-1 熱管工作原理示意圖熱管自問世以來一直被認為是非常有效的換熱裝置，它能通過很小的截遠距離地轉(zhuǎn)移大量的熱能，同時不需要外加的動力。由于熱管具有優(yōu)越力，其中有區(qū)別于其他換熱裝置的基本特性：熱流可變性，良好的等溫性逆性、高導熱性、熱開關性能（熱二極管）、環(huán)境的適應性、恒溫特性[4]雖然熱管獲得了國內(nèi)外學者廣泛研究，但其內(nèi)部復雜的相變傳熱傳質(zhì)情人員如今還是對這種高效的換熱裝置的機理不是很成熟。國內(nèi)外基于熱

圖 1-2 徑向熱管基本結(jié)構(gòu)1.2.2 徑向熱管的特點同傳統(tǒng)的軸向熱管比較，徑向熱管由于特殊結(jié)構(gòu)更具有良好的等溫性能。在硫酸回收裝置中使用的省煤器，選用最多的是徑向熱管換熱器，它不僅可以高整體的壁溫，還防止熱管露點腐蝕。由于管徑工質(zhì)流動阻力很小，體積小，構(gòu)比較緊湊輕便，得到工業(yè)的廣泛使用。徑向熱管省煤器中煙氣和水流程的特性能[8]，主要有以下基本特點：（1） 能有效的提高熱管壁面的溫度，，防止熱管產(chǎn)生露點腐蝕現(xiàn)象在硫酸裝置產(chǎn)生的煙氣中 SO2的含量比較高，要求煙氣沖刷的壁面溫度于 160℃可以防止熱管露點腐蝕現(xiàn)象。同時徑向熱管外管換熱面積要遠大于冷管的面積，壁面溫度可以有效的提高，進而防止了熱管露點腐蝕。（2） 運行可靠性能大大提高徑向熱管換熱器由于外管的保護，其冷卻水的出入口都在裝置外，可以有
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK172.4

【參考文獻】

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本文編號：2627092