本文選題：流動減阻　切入點：體——點導熱強化　出處：《天津大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：化工過程(系統(tǒng))的效率與設備內(nèi)件結構有關。因此,設備內(nèi)件結構的優(yōu)化是實現(xiàn)過程強化的重要手段。設備內(nèi)件結構的不同會導致傳遞現(xiàn)象的不同,正是由于傳遞現(xiàn)象的不同才最終導致化工過程效率的不同,因此設備內(nèi)件結構優(yōu)化的關鍵在于傳遞現(xiàn)象的構建。本文針對動量傳遞(流體流動)、熱量傳遞(導熱和對流傳熱)及質(zhì)量傳遞(混合)現(xiàn)象的構建進行了探索性研究,提出了基于流場結構構建的傳遞過程強化思路。首先,針對流體流動減阻問題,建立了以流動黏性耗散為目標函數(shù)的數(shù)學模型。通過求解數(shù)學模型(變分法求解),構建了具有最小黏性耗散(機械能損失)的流場結構。以此最優(yōu)流場結構為基礎,通過多孔介質(zhì)模型與VOF模型對流體流道結構進行優(yōu)化,最終得到具有較低流動壓降的流線型流道結構。其次,針對體——點導熱強化問題,建立了以傳熱熵產(chǎn)為目標函數(shù)的數(shù)學模型。通過求解數(shù)學模型,構建了具有最優(yōu)導熱性能的熱導率分布結構。以此最優(yōu)熱導率分布為基礎,通過基于溫度梯度的結構設計方法構造了具有強化散熱效果的散熱結構。第三,針對圓管內(nèi)流體換熱強化問題,建立了以傳熱熵產(chǎn)為目標函數(shù)的數(shù)學模型。通過求解數(shù)學模型,構建了具有最優(yōu)換熱效果的流場結構。以此最優(yōu)流場結構為基礎,通過多孔介質(zhì)模型與VOF模型對流體流道結構進行優(yōu)化,最終得到具有較高對流傳熱系數(shù)的換熱管結構。最后,通過氣液界面?zhèn)髻|(zhì)過程與熱功轉(zhuǎn)換的類比,提出描述傳質(zhì)協(xié)同效應的物理量。針對氣體混合強化問題,建立了以傳質(zhì)協(xié)同能力為目標函數(shù)的數(shù)學模型。通過求解數(shù)學模型,構建了具有最優(yōu)混合效果的流場結構。以此最優(yōu)流場結構為基礎,通過基于流場速度差異的結構設計方法對氣體混合流道進行優(yōu)化,最終得到具有較高混合效率的混合設備結構。綜上所述,本文以傳遞現(xiàn)象構建為橋梁,針對多種傳遞過程建立了傳遞過程強化與設備內(nèi)件結構優(yōu)化之間的聯(lián)系。通過建立并求解相應的數(shù)學模型首先構建具有最佳傳遞效果的傳遞現(xiàn)象,以得到的傳遞現(xiàn)象為基礎構造出相應的設備內(nèi)件結構,最終實現(xiàn)了相應傳遞過程的強化。
[Abstract]:The efficiency of the chemical process (system) is related to the structure of the inner parts of the equipment. Therefore, the optimization of the structure of the inner parts of the equipment is an important means to realize the process strengthening. It is because of the different transfer phenomena that lead to the difference of chemical process efficiency. Therefore, the construction of transfer phenomena is the key to the structural optimization of equipment internals. In this paper, the construction of momentum transfer (fluid flow), heat transfer (heat conduction and convection heat transfer) and mass transfer (mixing) are studied. Based on the structure of the flow field, the idea of strengthening the transfer process is put forward. Firstly, aiming at the problem of drag reduction of fluid flow, A mathematical model with viscous dissipation as objective function is established. The flow field structure with minimum viscosity dissipation (mechanical energy loss) is constructed by solving the mathematical model (variational method), which is based on the optimal flow field structure. The flow channel structure is optimized by the porous media model and the VOF model, and the streamline flow channel structure with lower pressure drop is obtained. Secondly, aiming at the body-point heat conduction strengthening problem, the flow channel structure is optimized by the porous media model and the VOF model. A mathematical model with heat transfer entropy production as the objective function is established. By solving the mathematical model, the thermal conductivity distribution structure with optimal thermal conductivity is constructed. The structure design method based on temperature gradient is used to construct the heat dissipation structure with the effect of strengthening heat dissipation. Thirdly, a mathematical model with heat transfer entropy production as the objective function is established to solve the heat transfer enhancement problem in a circular tube. The flow field structure with optimal heat transfer effect is constructed. Based on the optimal flow field structure, the flow channel structure of the fluid is optimized by the porous media model and the VOF model. Finally, the heat transfer tube structure with higher convection heat transfer coefficient is obtained. Based on the analogy between the mass transfer process at the gas-liquid interface and the thermal power conversion, a physical quantity describing the mass transfer synergistic effect is proposed. Aiming at the gas mixing enhancement problem, a mathematical model with mass transfer synergistic ability as the objective function is established, and the mathematical model is solved. The flow field structure with optimal mixing effect is constructed, and based on the optimal flow field structure, the gas mixing channel is optimized by the structural design method based on the velocity difference of the flow field. Finally, the structure of mixing equipment with high mixing efficiency is obtained. In summary, the transfer phenomenon is used as a bridge in this paper. The relationship between the transfer process strengthening and the structural optimization of the internal parts of the equipment is established for a variety of transfer processes. Firstly, the transfer phenomenon with the best transfer effect is constructed by establishing and solving the corresponding mathematical models. Based on the resulting transfer phenomenon, the corresponding device internals are constructed, and the corresponding transfer process is finally strengthened.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ021;TQ051

【相似文獻】

相關期刊論文 前8條

1 張鵬;張宇峰;蓋琪琦;劉曉為;;微型直接甲醇燃料電池陽極流場結構[J];納米技術與精密工程;2012年03期

2 劉作華;寧偉征;孫瑞祥;周小霞;陶長元;;偏心空氣射流雙層槳攪拌反應器流場結構的分形特征[J];化工學報;2011年03期

3 洪厚勝;陶慧;張慶文;;攪拌槽內(nèi)槳葉高度對流場結構和功率消耗影響的數(shù)值模擬[J];合成橡膠工業(yè);2008年01期

4 陳金慶;王保國;呂宏凌;;全釩液流電池電解液流場結構優(yōu)化設計[J];現(xiàn)代化工;2011年09期

5 劉作華;曾啟琴;楊鮮艷;劉仁龍;王運東;陶長元;;剛柔組合攪拌槳與剛性槳調(diào)控流場結構的對比[J];化工學報;2014年06期

6 張志森,唐書澤,汪勇;微孔射流高壓均質(zhì)過程動量及流場結構分析[J];包裝與食品機械;2005年01期

7 張宇峰;劉曉為;王喜蓮;王蔚;索春光;;微型直接甲醇燃料電池極板結構的研究[J];傳感技術學報;2006年05期

8 ;[J];;年期

相關會議論文 前8條

1 敬軍;胡剛義;許建;尹協(xié)振;;魚類C形起動中不同尾鰭的流場數(shù)值研究[A];中國力學學會學術大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 范寶春;;堆積粉塵內(nèi)流場結構的實驗和理論研究[A];中國空氣動力學學會第十屆物理氣體動力學專業(yè)委員會會議論文集[C];2001年

3 倪招勇;李素循;郭輝;;不平坦槽底誘發(fā)的分離流場結構[A];流動顯示’2002第五屆全國流動顯示學術會議論文集[C];2002年

4 申峰;陳從連;劉趙淼;;靜壓油腔流場結構的PIV實驗研究[A];第九屆全國實驗流體力學學術會議論文集（下冊）[C];2013年

5 李治安;何怡華;陳倬;;Vector Flow Mapping(VFM)一種新的心血管內(nèi)流場結構可視化研究方法[A];第二屆長三角超聲醫(yī)學論壇暨2009年浙江省超聲醫(yī)學學術年會論文匯編[C];2009年

6 懷英;賈淑芹;金玉奇;;氧碘化學激光超音速內(nèi)流場結構對出光性能影響的數(shù)值分析[A];第十屆全國光電技術學術交流會論文集[C];2012年

7 樊靖郁;王道增;徐松立;;液固兩相橫射流流場結構和顆粒分布的PDA測量[A];第二十屆全國水動力學研討會文集[C];2007年

8 呂為;惠昌年;錢國梁;;水介質(zhì)中欠膨脹音速空氣射流的流場結構研究[A];第十三屆全國水動力學研討會文集[C];1999年

相關博士學位論文 前2條

1 郭凱;基于流場結構構建的傳遞過程強化方法及其應用[D];天津大學;2015年

2 李斐;大型客機艙內(nèi)流場對污染物傳播影響的研究[D];天津大學;2015年

相關碩士學位論文 前6條

1 黃凱;子母彈b巳齬躺淞髁鞒《宰擁碩撓跋靃D];南京理工大學;2015年

2 李守祚;微型直接甲醇燃料電池陽極流場結構影響研究[D];大連理工大學;2016年

3 孫煥麗;非均衡流場微型直接甲醇燃料電池實驗研究[D];大連理工大學;2009年

4 蔣波;旋臂與旋轉(zhuǎn)水槽氫氣泡流場結構顯示和流體動力參數(shù)測量控制實驗裝置研究[D];南京理工大學;2011年

5 周敏敏;基于CFD的石腦油裂解爐管流場結構化研究[D];華東理工大學;2014年

6 徐健侗;中國石油資源流動的流場結構研究[D];南京師范大學;2013年

，

本文編號：1575822