本文選題：分段式彈簧管 + 流場(chǎng)特性　； 參考：《武漢工程大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：換熱管內(nèi)置彈簧插入物作為強(qiáng)化換熱技術(shù),廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。雖然該技術(shù)可以提高傳熱系數(shù),但是也會(huì)大大地增加管內(nèi)流體壓降和阻力。本文對(duì)螺旋彈簧進(jìn)行分段式處理,主要采用理論分析、數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法對(duì)換熱管內(nèi)置分段式彈簧的流動(dòng)與傳熱過程進(jìn)行初步的研究。主要研究的內(nèi)容如下:(1)結(jié)合以往的研究成果,對(duì)內(nèi)置分段式彈簧強(qiáng)化傳熱的機(jī)理進(jìn)行探索性研究,通過彈簧動(dòng)力學(xué)理論分析了彈簧的軸向傳播速度與彈簧參數(shù)之間的關(guān)系,得到節(jié)距大、中徑小、絲徑大的彈簧產(chǎn)生的軸向波速大,有利于彈簧發(fā)生振動(dòng)。結(jié)合場(chǎng)協(xié)同理論,分析了水—水工質(zhì)下光管和內(nèi)置分段式彈簧換熱管分別在不同雷諾數(shù)下的場(chǎng)協(xié)同角之間的關(guān)系。結(jié)果表明采取內(nèi)置分段式彈簧的辦法不僅可以提高傳熱系數(shù),而且可以降低流體在管內(nèi)流動(dòng)受到的阻力,對(duì)于提高強(qiáng)化傳熱的效率具有一定的指導(dǎo)意義。(2)通過流體分析軟件Fluent對(duì)內(nèi)置分段式彈簧換熱管內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了不同長(zhǎng)度的分段式彈簧及彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)(節(jié)距、絲徑、中徑)對(duì)管內(nèi)流場(chǎng)、傳熱和阻力壓降的影響。模擬結(jié)果表明,當(dāng)雷諾數(shù)相同時(shí),內(nèi)置分段式彈簧換熱管的Nu數(shù)相對(duì)于光管提高了2-4倍,內(nèi)置分段式彈簧管的阻力系數(shù)比內(nèi)置未分段式彈簧換熱管的阻力系數(shù)減小3倍左右。并通過數(shù)值方法分析了不同參數(shù)的分段式彈簧對(duì)傳熱的影響,得到采用節(jié)距較大,絲徑較大,中徑較小的分段式彈簧插入換熱管將使傳熱效果更好。該結(jié)論與上一章的理論分析相一致,說明采用內(nèi)置分段式彈簧的方法有利于達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。(3)搭建了PIV實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過粒子成像測(cè)速技術(shù)(PIV)對(duì)內(nèi)置分段式彈簧管管內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,分別研究了不同參數(shù)(節(jié)距、絲徑和中徑)的分段式彈簧對(duì)管內(nèi)流場(chǎng)的影響作用。并將所測(cè)結(jié)果和光管進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明內(nèi)置分段式彈簧管的渦量場(chǎng)和速度場(chǎng)分布情況比光管的要好,在軸向和徑向上的速度均有提高,其中軸向速度提高了約1.2~1.6倍,徑向速度呈現(xiàn)出M型的波動(dòng)變化,管內(nèi)流體的平均速度與雷諾數(shù)呈線性關(guān)系。且內(nèi)置節(jié)距大、絲徑大、中徑小的分段式彈簧管的流動(dòng)效果最佳,此結(jié)果驗(yàn)證了理論分析和數(shù)值模擬的正確性。
[Abstract]:Spring inserts are widely used in practical engineering as enhanced heat transfer technology. Although the heat transfer coefficient can be increased by this technique, the pressure drop and resistance of the fluid in the tube will also be greatly increased. In this paper, the flow and heat transfer process of the helical spring is studied by theoretical analysis, numerical simulation and experimental study. The main research contents are as follows: (1) combined with the previous research results, the mechanism of heat transfer enhancement of built-in segmented spring is studied, and the relationship between the axial velocity of spring and spring parameters is analyzed by the theory of spring dynamics. The results show that the axial wave velocity of the spring with large pitch, small center diameter and large wire diameter is large, which is beneficial to the spring vibration. Based on the field synergy theory, the relationship between the field coordination angles of the light tube and the built-in segmented spring heat transfer tube under water and water working fluids at different Reynolds numbers is analyzed. The results show that the method of built-in segmented spring can not only increase the heat transfer coefficient, but also reduce the resistance of the fluid flow in the pipe. It has certain guiding significance for improving the efficiency of heat transfer enhancement. (2) numerical simulation of the flow field in the heat transfer pipe of the built-in segmented spring is carried out by fluent, and the structural parameters of the segmented spring with different lengths (pitch distance) are analyzed. The influence of wire diameter and center diameter on the flow field, heat transfer and pressure drop in the tube. The simulation results show that when Reynolds number is the same, the Nu number of the built-in segmented spring heat exchanger pipe is 2-4 times higher than that of the light tube, and the resistance coefficient of the built-in segmented spring tube is about three times less than that of the non-segmented spring heat exchanger tube. The influence of segmented spring with different parameters on heat transfer is analyzed by numerical method. It is concluded that the heat transfer effect will be better if the segmented spring with larger pitch, larger wire diameter and smaller middle diameter is inserted into the heat transfer tube. The conclusion is consistent with the theoretical analysis in the previous chapter, which shows that the method of built-in segmented spring is beneficial to the enhancement of heat transfer. (3) A PIV experimental platform is built. Particle imaging velocimetry (PIV) was used to measure the flow field in a built-in segmented spring tube. The effect of segmented spring with different parameters (pitch, wire diameter and center diameter) on the flow field in the tube was studied. Compared with the light tube, the results show that the vortex field and velocity field distribution of the built-in segmented spring tube is better than that of the light tube, and the axial and radial velocities have been improved, in which the axial velocity has been increased by about 1.2U 1.6 times. The radial velocity shows the fluctuation of M-type, and the average velocity of the fluid in the tube is linearly related to the Reynolds number. The flow effect of segmented spring tube with large pitch, large wire diameter and small center diameter is the best, which verifies the correctness of theoretical analysis and numerical simulation.
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ051.5

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本文編號(hào)：2100371